Karena permintaan global akan paduan tembaga berkinerja tinggi terus meningkat di berbagai industri seperti elektrifikasi otomotif, energi terbarukan, telekomunikasi, dan manufaktur maju, peran fluks metalurgi dalam memastikan kualitas lelehan semakin menarik perhatian. Di antara bahan pembantu penting dalam produksi paduan tembaga, fluks pemurnian dan fluks penutup memiliki fungsi yang berbeda namun saling melengkapi. Artikel ini membahas prinsip kerja, sistem komposisi umum, pertimbangan penerapan, dan lanskap yang terus berkembang yang didorong oleh pentingnya lingkungan dan efisiensi.
Peran Fluks dalam Peleburan Paduan Tembaga
Paduan tembaga — termasuk kuningan, perunggu, tembaga-nikel, dan paduan nikel-perak — rentan terhadap oksidasi dan penyerapan gas selama peleburan. Tembaga cair mudah melarutkan oksigen, membentuk oksida tembaga (Cu₂O), yang dapat melemahkan paduan dan menyebabkan cacat pengecoran. Pengambilan hidrogen dari kelembapan atau kontaminan hidrokarbon semakin memperparah masalah ini, yang mengakibatkan porositas pada produk yang dipadatkan.
Sistem fluks yang dirancang dengan baik mengatasi tantangan ini melalui dua fungsi utama:
- Meliputi : Lapisan cair atau setengah cair yang mengapung pada permukaan lelehan, secara fisik melindungi logam dari atmosfer tungku dan mengurangi oksidasi dan penyerapan gas.
- Pemurnian : Reaksi kimia yang menghilangkan gas terlarut, inklusi oksida, dan pengotor non-logam lainnya dari lelehan.
Dalam praktiknya, banyak produk komersial menggabungkan kedua fungsi tersebut ke dalam satu formulasi, meskipun keseimbangannya bergantung pada jenis paduan, konfigurasi tungku peleburan, dan persyaratan kualitas produk akhir.
Sistem Komposisi dan Mekanismenya
Formulasi fluks untuk paduan tembaga biasanya didasarkan pada sistem garam anorganik. Meskipun variasi kepemilikan umum terjadi di seluruh pemasok, sebagian besar formulasi diambil dari beberapa kelompok bahan kimia yang sudah ada:
Sistem Berbasis Borat
Natrium tetraborat (boraks) dan senyawa borat terkait banyak digunakan sebagai fluks penutup untuk paduan tembaga. Mereka membentuk lapisan cair seperti kaca pada permukaan lelehan yang secara efektif membatasi difusi oksigen. Fluks berbasis borat juga menunjukkan kemampuan pemurnian yang moderat melalui penyerapan inklusi oksida ke dalam fase terak. Formulasi ini umumnya kompatibel dengan kuningan dan perunggu timah, meskipun efektivitasnya berkurang pada suhu leleh yang lebih tinggi.
Sistem yang Mengandung Fluorida
Kriolit (Na₃AlF₆), fluorspar (CaF₂), dan senyawa fluorida lainnya dimasukkan ke dalam fluks untuk meningkatkan penghilangan inklusi aluminium oksida (Al₂O₃) dan silikon oksida (SiO₂). Hal ini membuat fluks yang mengandung fluorida sangat berguna untuk paduan yang mengandung aluminium, silikon, atau pembentuk oksida kuat lainnya — seperti perunggu aluminium dan perunggu silikon. Komponen fluorida menurunkan tegangan permukaan antara logam cair dan inklusi oksida, memfasilitasi pemisahan dan flotasinya.
Sistem Halida Berbasis Klorida dan Campuran
Garam klorida — termasuk natrium klorida, kalium klorida, dan magnesium klorida — biasanya digunakan sebagai komponen dalam pemurnian fluks. Garam-garam ini bereaksi dengan oksida terlarut dan sulfida untuk membentuk senyawa yang mudah menguap atau pembentuk terak yang dapat dihilangkan dari lelehan. Campuran eutektik klorida dan fluorida sering kali dirancang untuk mencapai titik leleh yang lebih rendah dan fluiditas yang lebih baik, sehingga memungkinkan cakupan lelehan yang lebih baik pada suhu kerja yang lebih rendah.
Formulasi Khusus
Beberapa produk fluks menggunakan bahan deoksidasi eksklusif seperti magnesium, kalsium, litium, atau unsur tanah jarang dalam jumlah yang terkendali. Komponen reaktif ini berfungsi untuk mereduksi sisa oksida dalam lelehan secara kimia, menghasilkan dispersi halus oksida tahan api yang dapat diserap oleh lapisan terak. Formulasi seperti itu biasanya disediakan untuk aplikasi dengan kemurnian tinggi atau sensitif terhadap oksigen, seperti paduan tembaga bebas oksigen untuk komponen elektronik.
Strategi Penerapan oleh Keluarga Paduan
Pemilihan fluks pemurnian atau fluks penutup sangat bergantung pada komposisi paduan spesifik dan tantangan kualitas lelehan yang dominan:
-
Kuningan (Cu-Zn) : Penguapan seng selama peleburan dapat menyebabkan penyimpangan komposisi dan masalah lingkungan. Tutupi fluks dengan sistem borat atau halida campuran dengan titik leleh rendah untuk membantu mengurangi hilangnya seng dengan membentuk lapisan penutup. Pemurnian umumnya kurang penting untuk kuningan kecuali jika batasan inklusi yang ketat diberlakukan.
-
Perunggu Timah dan Logam Gunmetal : Paduan ini rentan terhadap inklusi timah oksida dan timbal oksida. Fluks yang mengandung fluorida sering dipilih karena kemampuannya menghilangkan oksida tahan api ini. Penutupan juga penting untuk meminimalkan oksidasi timah pada suhu leleh yang tinggi.
-
Perunggu Aluminium : Afinitas kuat aluminium terhadap oksigen menciptakan lapisan oksida kuat yang dapat terperangkap dalam lelehan. Fluks dengan kandungan fluorida tinggi adalah standar, sering kali dilengkapi dengan bahan deoksidasi. Fluks harus tetap cair pada rentang leleh paduan yang lebih tinggi (1.040–1.080 °C).
-
Paduan Tembaga-Nikel : Paduan ini kurang rentan terhadap pembentukan oksida tetapi dapat mengalami porositas hidrogen. Fluks penutup dengan sifat tahan lembab digunakan, dan pembersihan gas inert (nitrogen atau argon) sering kali digunakan bersamaan dengan perlakuan fluks untuk degassing.
-
Tembaga Berilium : Karena toksisitas debu berilium oksida, sistem fluks untuk tembaga berilium juga harus berfungsi sebagai penutup penekan asap. Lapisan fluks tertutup dan bahan pemurnian khusus digunakan untuk meminimalkan pelepasan partikulat di udara.
