Bubuk baja tahan karat adalah bahan serbaguna dengan aplikasi di banyak industri. Panduan ini memberikan gambaran umum yang komprehensif tentang bubuk baja tahan karat, termasuk metode pembuatan, nilai, sifat, aplikasi, dan banyak lagi.
Gambaran Umum Serbuk Stainless Steel
Serbuk baja tahan karat mengacu pada partikel baja tahan karat dalam bentuk bubuk. Ini dibuat dengan cara atomisasi atau mereduksi baja tahan karat menjadi bubuk halus untuk berbagai keperluan industri.
Beberapa sifat dan keunggulan utama dari bubuk baja tahan karat antara lain:
- Kekuatan dan daya tahan tinggi
- Ketahanan terhadap korosi dan keausan
- Kemampuan untuk disinter menjadi bentuk yang kompleks
- Rentang elemen paduan untuk menyesuaikan properti
- Dapat didaur ulang
- Efektivitas biaya
Serbuk baja tahan karat digunakan dalam aplikasi seperti pencetakan 3D, pelapisan permukaan, mematri, pengelasan, bagian metalurgi serbuk, dan banyak lagi. Ukuran pasar bubuk baja tahan karat global lebih dari $1 miliar pada tahun 2021 dan diproyeksikan tumbuh dengan CAGR lebih dari 8% dari tahun 2022 hingga 2030.
Jenis Bubuk Baja Tahan Karat
Ada berbagai tingkatan dan jenis bubuk baja tahan karat yang dikategorikan berdasarkan struktur mikro, elemen paduan, sifat, dan aplikasi yang dimaksudkan.
| Jenis | Deskripsi | Komposisi | Properti | Aplikasi |
|---|---|---|---|---|
| Austenitik | Non-magnetik, ketahanan korosi yang lebih tinggi | Cr, Ni, Mo | Ulet, tidak dapat dikeraskan | Otomotif, arsitektur, bahan kimia |
| Martensitik | Magnetik, kekuatan lebih tinggi | Cr, Ni yang lebih rendah | Dapat dikeraskan, lebih sedikit ketahanan terhadap korosi | Alat makan, instrumen bedah, katup |
| Feritik | Magnetik, biaya lebih rendah | Cr, tidak ada Ni | Kurang ulet, cukup tahan korosi | Otomotif, peralatan, penggunaan industri |
| Dupleks | Keseimbangan antara kekuatan dan ketahanan terhadap korosi | Cr, Ni, Mo, N | Kemampuan las yang baik, biaya lebih tinggi | Pengolahan kimia, minyak & gas, kelautan, kertas |
| Pengerasan Curah Hujan | Tingkat martensit yang dapat dikeraskan | Cr, Ni, Cu, Al | Kekuatan tinggi setelah perawatan penuaan | Kedirgantaraan, pembangkit listrik |
Proses Pembuatan Serbuk Baja Tahan Karat
Serbuk baja tahan karat dapat diproduksi melalui berbagai metode. Proses manufaktur utama meliputi:
Atomisasi - Paduan baja tahan karat yang meleleh dikabutkan menjadi tetesan halus yang mengeras menjadi partikel bubuk. Metode atomisasi air, gas, plasma, atau sentrifugal digunakan. Hal ini menghasilkan serbuk halus berbentuk bola yang ideal untuk pencetakan 3D.
Elektrolisis - Benda baja tahan karat digantung sebagai anoda dalam sel elektrolit. Oksigen yang dihasilkan pada anoda bereaksi dengan baja untuk membentuk bubuk besi dan kromium oksida.
Penggilingan - Potongan baja tahan karat digiling secara mekanis menjadi bentuk bubuk bersudut yang tidak beraturan dan cocok untuk ditekan menjadi komposit. Biaya lebih rendah tetapi distribusi ukuran partikel lebih luas.
Pengurangan - Oksida baja tahan karat direduksi menggunakan hidrogen atau karbon monoksida untuk menghasilkan bubuk baja tahan karat yang halus.
Cetakan injeksi logam - Bahan baku berupa bubuk baja tahan karat dan pengikat dicetak secara injeksi kemudian disinter untuk membuat bagian berbentuk jaring yang rumit.
Setiap metode menghasilkan serbuk dengan ukuran, bentuk, kemurnian, dan biaya yang berbeda. Proses pembuatannya disesuaikan berdasarkan aplikasinya.
Nilai dari Serbuk Baja Tahan Karat
Berbagai tingkat standar bubuk baja tahan karat tersedia secara komersial. Unsur-unsur paduan yang umum termasuk kromium, nikel, molibdenum, mangan, dan nitrogen. Berikut adalah beberapa grade yang paling banyak digunakan:
- 304/304L - Kelas paling populer, ketahanan korosi yang sangat baik
- 316/316L - Menambahkan molibdenum untuk ketahanan korosi lubang/celah
- 410 - Kelas martensit dasar, tujuan umum
- 420 - Kandungan karbon yang lebih tinggi, digunakan untuk alat potong
- 17-4PH - Tingkat pengerasan presipitasi martensitik, kekuatan yang baik
- 15-5PH - Pengerasan presipitasi, kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi
- Nilai khusus - Komposisi yang dioptimalkan untuk sintering, pencetakan 3D, dll.
Sifat-sifat Serbuk Baja Tahan Karat
Sifat-sifat utama dari bubuk baja tahan karat meliputi:
Ukuran partikel - Umumnya 5 hingga 150 mikron. Distribusi yang lebih sempit meningkatkan sintering.
Morfologi - Bentuknya bulat untuk atomisasi, tidak beraturan untuk penggilingan. Mempengaruhi aliran dan densitas kemasan.
Kepadatan yang tampak - Biasanya 40 hingga 50% dari densitas sebenarnya yang menunjukkan porositas antar partikel.
Kemampuan mengalir - Penting untuk pengisian cetakan. Ditingkatkan oleh partikel bulat dan aditif.
Kompresibilitas - Tingkat densifikasi saat dipadatkan. Sangat penting untuk sintering.
Kemampuan sinter - Kemampuan untuk mengikat menjadi massa padat pada saat pemanasan. Dipengaruhi oleh kemurnian, ukuran, bentuk.
Komposisi paduan - Menentukan properti seperti kekuatan, ketahanan korosi, ketahanan aus, dll.
Dengan mengontrol karakteristik dan komposisi serbuk, sifat-sifat komponen sinter yang sudah jadi dapat disesuaikan sesuai kebutuhan aplikasi.
Aplikasi dari Bubuk Baja Tahan Karat
Beberapa aplikasi utama dari bubuk baja tahan karat meliputi:
Pencetakan 3D
Juga dikenal sebagai manufaktur aditif, pencetakan 3D membuat komponen lapis demi lapis dari bubuk baja tahan karat menggunakan energi sinar laser atau elektron. Manfaatnya meliputi kebebasan desain, pengurangan limbah, pembuatan prototipe cepat, dan kustomisasi massal. Metode yang umum digunakan meliputi sintering laser logam langsung (DMLS), peleburan laser selektif (SLM), dan peleburan berkas elektron (EBM).
Metalurgi Serbuk
Dalam metalurgi serbuk, serbuk baja tahan karat dipadatkan kemudian disinter untuk membuat komponen berkinerja tinggi seperti roda gigi, filter, dan komponen otomotif. Memungkinkan bentuk yang rumit diproduksi secara massal dengan biaya rendah dengan limbah material yang minimal.
Pelapisan Permukaan
Pelapis bubuk baja tahan karat diaplikasikan dengan menggunakan metode semprotan termal atau kelongsong laser. Memberikan ketahanan aus, perlindungan korosi, hambatan termal, dan konduktivitas listrik pada permukaan komponen yang beroperasi dalam kondisi yang berat.
Mematri dan Menyolder
Pasta bubuk baja tahan karat dapat digunakan sebagai pengisi untuk menyambung komponen baja tahan karat yang membutuhkan ikatan material yang berbeda atau celah sambungan yang besar. Mematri menghasilkan sambungan suhu tinggi yang kuat.
Pengelasan
Kabel berinti fluks serbuk baja tahan karat khusus digunakan untuk mengelas material baja tahan karat, meningkatkan kekuatan las dan ketahanan terhadap korosi dibandingkan dengan kawat padat. Inti serbuk menyediakan elemen paduan.
Karbon Aktif Granular
Serbuk baja tahan karat ditambahkan selama produksi karbon aktif untuk meningkatkan kekuatan mekanis dan ketahanan abrasi untuk aplikasi pengolahan air.
Aplikasi Khusus Lainnya
Serbuk baja tahan karat juga digunakan dalam pembuatan perkakas berlian, prekursor untuk material nano, pelindung elektromagnetik, pembuatan inti serbuk baja, dan material gesekan.
Bagaimana Memilih Serbuk Baja Tahan Karat
Pemilihan bubuk baja tahan karat yang sesuai tergantung pada faktor-faktor seperti:
- Aplikasi yang dimaksudkan - Hal ini menentukan sifat serbuk dan tingkat paduan yang diperlukan. Misalnya, bubuk 316L untuk ketahanan terhadap korosi atau baja maraging untuk kekuatan.
- Proses produksi - Serbuk yang dikabutkan, digiling, atau dicampur yang disesuaikan untuk AM, pengepresan, semprotan termal, dll.
- Ukuran dan bentuk partikel - Serbuk bulat dan halus sekitar 20 mikron untuk AM versus serbuk yang lebih besar dan tidak beraturan untuk pengepresan.
- Tingkat kemurnian - Kemurnian tinggi di atas 99,5% diperlukan untuk aplikasi penting seperti implan medis.
- Kepadatan yang tampak - Kepadatan yang lebih tinggi di atas 3 g/cc diinginkan untuk aliran dan pemadatan yang lebih baik.
- Biaya - Harga berkisar antara $50-$150 per kg berdasarkan kadar, kemurnian, karakteristik partikel, dan volume pembelian.
Pemasok global terkemuka termasuk Sandvik, Höganäs, Carpenter Powder Products, Praxair Surface Technologies, dan CNPC Powder yang dapat menyediakan serbuk yang dioptimalkan untuk kebutuhan spesifik. Cara terbaik adalah berkonsultasi secara dekat dengan pemasok selama pengembangan produk baru.
Perbandingan Proses Pembuatan Serbuk Baja Tahan Karat
| Proses | Morfologi Partikel | Ukuran Partikel | Kemurnian | Biaya | Aplikasi |
|---|---|---|---|---|---|
| Atomisasi gas | Bulat | 5 - 150 μm | Tinggi | Sedang | Manufaktur aditif, pelapisan permukaan |
| Atomisasi air | Tidak beraturan, bulat | 20 - 300 μm | Sedang | Rendah | Bagian tekan dan sinter, pelapis |
| Atomisasi plasma udara | Sebagian besar berbentuk bulat | 10 - 150 μm | Sedang | Sedang | Cetakan injeksi logam, pengepresan |
| Atomisasi sentrifugal | Bulat | 20 - 150 μm | Tinggi | Tinggi | Manufaktur aditif |
| Penggilingan mekanis | Tidak teratur, bersudut | 1 - 350 μm | Rendah | Rendah | Bagian tekan dan sinter |
| Elektrolisis | Dendritik, tidak beraturan | 1 - 150 μm | Sedang | Sedang | Pelapisan permukaan, metalurgi serbuk |
| Pengurangan logam | Tidak beraturan, keropos | 10 - 150 μm | Rendah | Rendah | Bagian tekan dan sinter |
Pemasangan Pabrik Produksi Serbuk Baja Tahan Karat
Memasang pabrik produksi bubuk baja tahan karat membutuhkan perhatian pada faktor-faktor seperti:
- Pemilihan lokasi - Ruang yang memadai untuk peralatan, penyimpanan bahan baku dan produk, utilitas, pengolahan limbah. Akses yang mudah untuk transportasi.
- Utilitas - Catu daya listrik, air proses, udara terkompresi, saluran gas inert.
- Fondasi - Pondasi beton yang kuat untuk alat penyemprot, pabrik, dan tungku reduksi. Penyangga peredam getaran.
- Mesin - Pasang peralatan utama seperti tungku suhu tinggi, kotak sarung tangan, alat penyemprot, pabrik penggilingan, siklon, saringan sesuai petunjuk pabrik.
- Sistem bantu - Penanganan material, pengumpulan debu, pembersihan gas, pengolahan limbah, kontrol, dan otomatisasi.
- Keamanan - Listrik tahan ledakan, pencegah kebakaran, ventilasi yang memadai, APD untuk penanganan serbuk logam.
- Komisioning - Uji coba produksi berjalan untuk memverifikasi kualitas bubuk, laju produksi, penanganan material yang aman, kepatuhan terhadap lingkungan.
- Sertifikasi - Pendaftaran sistem mutu ISO 9001. Sertifikasi khusus industri dari ASME, ASTM, dll.
Instalasi dan commissioning yang tepat oleh spesialis berpengalaman memastikan pabrik serbuk baja tahan karat memiliki operasi yang aman, optimal, dan kapasitas produksi maksimum.
Pengoperasian dan Pemeliharaan Peralatan Serbuk Baja Tahan Karat
Untuk mencapai kualitas dan produktivitas serbuk baja tahan karat yang konsisten, pedoman pengoperasian dan pemeliharaan utama meliputi:
- Ikuti prosedur operasi standar untuk memulai, mematikan, penjadwalan batch, penanganan material, sistem keselamatan, dan pemantauan lingkungan.
- Memantau parameter proses utama seperti suhu, tekanan, laju aliran, konsumsi daya, dan menjaga dalam batas yang dioptimalkan.
- Ambil sampel yang representatif dari batch bubuk dan uji ukuran, bentuk, kimia, kepadatan, dan kemampuan mengalir sesuai standar ASTM.
- Melakukan pemeliharaan preventif sesuai jadwal untuk tungku, saluran gas, alat penyemprot, siklon, hammer mill, saringan, dll.
- Periksa peralatan yang berputar seperti motor, roda gigi, impeler dari getaran, kebisingan, dan bantalan pelumas.
- Sering-seringlah mengkalibrasi instrumentasi seperti pengukur tekanan, RTD, flow meter untuk memastikan keakuratannya.
- Periksa elemen tahan api dan elemen pemanas dalam tungku dan perbaiki/ganti sesuai kebutuhan untuk menghindari kerusakan yang tidak direncanakan.
- Pastikan sistem ekstraksi debu beroperasi secara efisien untuk meminimalkan bahaya ledakan. Ikuti SOP tata graha.
- Audit sistem keselamatan proses seperti penghentian darurat, deteksi kebakaran/gas, ventilasi secara berkala.
Dengan personel yang terlatih dan prosedur perawatan yang rajin, fasilitas produksi bubuk baja tahan karat dapat beroperasi selama bertahun-tahun tanpa masalah besar.
Bagaimana Memilih Pemasok Serbuk Baja Tahan Karat
Saat memilih pemasok untuk bubuk baja tahan karat, faktor penting yang perlu dipertimbangkan meliputi:
- Spesifikasi bubuk - Kemampuan untuk memasok tingkat, ukuran/bentuk partikel, tingkat kemurnian, densitas, dan karakteristik aliran yang dibutuhkan.
- Sertifikasi kualitas - Pemasok harus memiliki akreditasi ISO 9001, AS9100, Nadcap, dan dokumentasi kualitas yang mendukung.
- Keahlian teknis - Pengetahuan metalurgi untuk menyesuaikan bubuk untuk aplikasi tertentu dan memberikan dukungan aplikasi.
- Kemampuan manufaktur - Memanfaatkan teknologi atomisasi, penggilingan, dan penyaringan modern untuk menghasilkan serbuk secara konsisten.
- Kemampuan pengujian - Laboratorium yang lengkap untuk pengujian dan karakterisasi serbuk yang komprehensif dengan standar internasional.
- Kompetensi R&D - Terlibat dalam penelitian dan pengembangan produk baru untuk aplikasi yang sedang berkembang seperti AM.
- Layanan pelanggan - Tanggapan yang tepat waktu terhadap pertanyaan, pesanan, dan permintaan. Ketentuan yang jelas tentang harga, pengiriman, pengembalian.
- Kepatuhan terhadap peraturan - Dokumentasi seperti SDS, sertifikasi kepatuhan terhadap peraturan lingkungan.
- Jaringan logistik - Kemampuan untuk mengirimkan material dengan aman dalam kemasan yang sesuai dengan kargo berbahaya.
Pemasok global terkemuka untuk bubuk baja tahan karat antara lain Sandvik, Carpenter Powder Products, Hoganas, Praxair Surface Technologies, dan CNPC Powder.
Pro dan Kontra dari Bubuk Baja Tahan Karat
| Kelebihan | Kekurangan |
|---|---|
| Kekuatan dan ketahanan korosi yang sangat baik | Biaya yang relatif tinggi dibandingkan baja karbon |
| Dapat dibentuk menjadi bentuk yang kompleks melalui sintering dan AM | Konduktivitas termal yang lebih rendah dari logam lain |
| Berbagai macam nilai untuk beragam aplikasi | Membutuhkan finishing permukaan untuk meningkatkan estetika |
| Properti yang sangat dapat disesuaikan dengan paduan | Sulit untuk dikerjakan dengan mesin pada tingkat pengerasan tertentu |
| Mudah dibersihkan untuk kebersihan dalam penggunaan makanan/medis | Dapat mengalami korosi sumuran di lingkungan tertentu |
| Sifat suhu tinggi yang baik | Tidak bersifat konduktif secara elektrik/magnetik seperti logam lainnya |
| 100% dapat didaur ulang dan ramah lingkungan | Diperlukan penanganan khusus karena reaktivitas serbuk halus |
| Metode manufaktur yang mapan dengan ketersediaan tinggi | Terbatasnya jumlah pemasok yang memenuhi syarat secara global |
Serbuk Baja Tahan Karat vs Padatan Baja Tahan Karat
| Parameter | Bubuk Baja Tahan Karat | Padatan Baja Tahan Karat |
|---|---|---|
| Negara | Bentuk bubuk halus | Batang padat, pelat, stok pipa |
| Manufaktur | Atomisasi, elektrolisis, penggilingan | Pengecoran, penggulungan, pemesinan ingot stainless |
| Komposisi | Seringkali paduan khusus | Nilai standar seri 300/400 |
| Aplikasi | Manufaktur aditif, metalurgi serbuk | Fabrikasi umum pengelasan dan komponen jadi |
| Properti | Ukuran butiran halus, bebas regangan | Butiran yang lebih kasar, kemungkinan tekanan |
| Pengolahan | Pemadatan dan sintering | Pembengkokan, permesinan, pengelasan, perlakuan panas |
| Biaya | $50-150 per kg | $3-10 per kg untuk nilai komoditas |
| Ketersediaan | Jumlah pemasok yang terbatas | Tersedia secara global |
| Waktu tunggu | Bisa lama untuk pesanan khusus | Waktu tunggu yang lebih singkat untuk kelas standar |
PERTANYAAN YANG SERING DIAJUKAN
T: Apa saja kualitas bubuk baja tahan karat yang paling umum?
A: 304, 304L, dan 316L adalah grade austenitik yang paling umum sementara 410 dan 17-4PH adalah grade martensitik yang banyak digunakan. Paduan khusus yang dioptimalkan untuk aplikasi AM atau sintering juga tersedia.
T: Berapa kisaran ukuran tipikal partikel serbuk baja tahan karat?
J: Ukuran partikel dapat berkisar dari sekitar 1 mikron hingga lebih dari 150 mikron. Namun demikian, ukuran 10-45 mikron adalah ukuran yang umum untuk banyak aplikasi, seperti MIM, AM, dan pengepresan.
T: Bagaimana pengaruh ketahanan korosi pada bagian metalurgi serbuk baja tahan karat?
J: Komponen P/M dapat menunjukkan ketahanan korosi yang sedikit lebih rendah daripada bentuk tempa karena porositas residu jika tidak dipadatkan sepenuhnya. Sintering dan finishing yang tepat meminimalkan efek ini.
T: Apa yang menyebabkan oksidasi permukaan selama penanganan serbuk baja tahan karat?
J: Serbuk baja tahan karat halus dapat dengan mudah teroksidasi apabila terkena udara. Penggunaan atmosfer vakum atau gas inert direkomendasikan untuk penanganan guna mencegah oksidasi.
T: Bagaimana kemampuan kerja dan kemampuan mesin baja tahan karat P/M dibandingkan dengan bentuk tempa?
J: Stainless P/M kurang ulet dan dapat dikerjakan daripada bentuk tempa karena porositas dan kekerasan yang lebih tinggi. Pemesinan hijau dari bubuk padat sebelum sintering meningkatkan hasil akhir.
T: Berapa tingkat produksi tipikal pabrik bubuk baja tahan karat komersial?
J: Tingkat produksi tergantung pada ukuran dan proses peralatan. Pabrik skala menengah umumnya menghasilkan 100-300 kg/jam bubuk baja tahan karat.
T: Tindakan pencegahan keselamatan apa yang diperlukan saat bekerja dengan bubuk baja tahan karat?
J: Hindari menghirup debu dengan menggunakan respirator. Pastikan ventilasi yang memadai, arde, dan pencahayaan anti percikan api untuk mencegah ledakan debu. Gunakan ekstraksi debu dan APD.
Kesimpulan
Serbuk baja tahan karat menawarkan keunggulan kekuatan, ketahanan korosi, dan fleksibilitas fabrikasi yang berbeda. Dengan metode manufaktur yang bervariasi, nilai paduan, karakteristik partikel dan aplikasi, bubuk baja tahan karat memberikan insinyur desain pilihan yang lebih baik untuk mengembangkan komponen inovatif menggunakan metalurgi serbuk dan teknik aditif. Dengan memilih bubuk, metode produksi, dan parameter proses yang sesuai, bubuk baja tahan karat dapat memberikan kinerja yang unggul dalam kondisi yang paling menuntut di seluruh industri.
