Tembaga Logam Serbaguna

Mendengar kata Tembaga selintas akan terpikir tentang berbagai macam : Kabel listrik, Pipa tahan panas, Peralatan benda benda teknik, Mata uang logam, Perhiasan, Kerajinan tangan, dan Peralatan dapur. Begitu luas pemanfaatan Tembaga dalam penggunaannya, mulai dari barang barang rumah tangga sampai untuk kebutuhan benda benda teknik. Sehingga tidak berlebihan jika logam ini perlu diketahui riwayatnya mulai dari bijih di tambang sampai menjadi benda benda berharga.

Pada umumnya penampilan dan sifat Tembaga adalah sebagai berikut : berkilauan, kemerah-merahan, kecoklatan, berkristal pusat tengah kubik, mempunyai berat  spesifik : 8,93, mencair pada temperatur 1083 ^oC dan mendidih pada 2360 ^oC, mampu menghantarkan panas dengan baik, mampu tempanya juga baik, dapat dirol secara dingin menjadi lembaran-lembaran tipis dan dapat ditarik menjadi batang-batang kawat yang sangat lembut. Tembaga mempunyai nilai kekerasan berharga separuh dari besi murni, dan daya hantar listriknya nomor dua setelah perak. Oleh karena itu logam ini cocok untuk pipa pemanas air, ketel, penghantar listrik maupun telepon.

Sejak tahun 1913 satuan hantaran listrik digunakan % IACS  ( International Annealed Copper Standard ) yang mempunyai nilai rata-rata 100% untuk Tembaga teknis. Dalam strandar ini  suatu hantaran listrik dinyatakan 100%, jika tahanan spesifiknya pada 20 ^oC adalah sebesar 1,7241 mW cm atau 0,153280 W /g.m untuk massa jenis 8,899 g/cm². Sifat lain dari Tembaga adalah bila dibiarkan di tempat yang lembab lama-kelamaan  warnanya akan berubah menjadi hijau, oleh karena itu harus sering dibersihkan, disamping itu ion Tembaga beracun, sehingga  hampir tidak pernah dipergunakan untuk peralatan industri makanan. Namun demikian Tembaga tahan terhadap korosi atmosfir, asal benar-benar tidak teroksidasi dengan air.

[iklan]

SUMBER – SUMBER TEMBAGA

Bijih Tembaga pada umumnya hanya mengandung 1 s/d 2 %Tembaga (Cuprum/Cu)  sedangkan deposit yang mengandung kurang dari 0,5 % tidak diolah, karena tidak  ekonomis. Beberapa  jenis  bijih Tembaga yang cukup penting, diantaranya seperti pada gambar 2, adalah sebagai berikut :

1. Chalcopyrite : CuFeS₂ berkadar 34,6 % Cu
2. Bainite : 5CuSFe₂S₂ berkadar 55,6 % Cu
3. Chalcocite Cu₂S berkadar 79,9 % Cu
4. Covellite CuS berkadar 68,5 % Cu
5. Malacite CuCO₃Cu(OH)₂ 57,4 % Cu
6. Azurite 2CuCO₃Cu(OH)₂ 55,1 % Cu
7. Cuprite Cu₂O berkadar 79,9 % Cu
8. Chrysocola CuSiO₂2H₂O 36,2 % Cu
9. Native Copper Cu berkadar 99,9 % Cu
10. Corrocite CuCO₂S₄ berkadar 21,0 % Cu
11. Heterogenite 2CO₂O₃CuO_nH₂O … % Cu

Bijih Tembaga di atas sebenarnya secara umum dapat diklasifikasi menjadi tiga golongan yaitu : Sulphide ores, Oxidised ores dan  Native copper. Bijih sulphide terjadi dari salah satu atau lebih unsur yang masih terdiri dari Tembaga dan belerang, atau unsur-unsur kecil yang menghambur menjadi batu monzonite atau biasa dikenal dengan batu porphyry, yakni bijih Tembaga yang banyak mengandung Tembaga dan belerang. Sedangkan bijih oksidised berbentuk pasir curah yang banyak mengandung oksida, karbonat dan silika. Perlu diketahui bahwa bijih Tembaga sebenarnya mengandung mineral yang sangat komplek, seperti seng, timah, nikel molibdenum, emas, perak dan lain-lain.

PROSES PRODUKSI TEMBAGA

Bijih Tembaga atau konsentratnya diproduksi menjadi Tembaga murni melalui proses pemurnian terlebih dahulu. Proses ini terdiri dari dua macam proses yaitu peleburan bijih Tembaga dan penapisan (leaching). Peleburan bijih Tembaga akan menghasilkan reaksi kimia sebagai berikut :

Tembaga yang dihasilkan dari kedua proses tersebut selanjutnya dimasukkan dalam dapur peleburan untuk dicetak menjadi ingot atau paduan yang lain, sehingga terbentuk menjadi sheet, plate atau kawat melalui proses pengerolan maupun penarikan. Tembaga yang melalui proses rolling  kemudian di-annealing   ( proses perlakuan panas ) akan mempunyai sifat :

Sedangkan untuk pengerjaan dingin akan bersifat :

Untuk mengurangi kemampuan teknis dan elektris dari Tembaga, maka dapat diberi campuran logam impurities terhadap Tembaga  yaitu Al, Fe, P, Ni,Sn, Zn, Ag, As, dan Cadmium dan lain-lain.

PADUAN TEMBAGA

Logam Tembaga dapat dipadukan dengan logam lain. Logam hasil paduan Tembaga yang sudah dikenal oleh masayarakat, paling tidak terdiri dari dua macam logam, yaitu : Kuningan dan perunggu.

Kuningan (Brass)

Paduan antara Tembaga (Cu) dan seng (Zn) pada umumnya disebut kuningan atau brass. Logam ini banyak digunakan untuk mur, ring, kran maupun bushing. Beberapa asesori terbuat dari Kuningan, contohnya ada di gambar 3.

Pada temperatur antara 300 – 700 ^oC, brass bisa mempunyai pemanjangan 30 – 32 %, sehingga untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu, logam ini sering diberi perlakuan panas pada temperatur 500 – 700 ^oC. Penambahan kadar Zn pada Tembaga, secara lambat laun akan merubah warna Tembaga, dari merah menjadi kuning dan kemudian menjadi kuning jerami. Untuk  kadar  Zn yang melebihi 50 %, padaun tersebut akan berubah menjadi keperak-perakan, sehingga warna pada paduan Tembaga dapat menunjukkan komposisi dan sifat-sifatnya. Penambahan Zn 10 – 30% dapat memperbaiki sifat ductilitas Tembaga, sedangkan penambahan 30 – 37 % dapat menurunkan sifat  ductilitasnya. Penambahan 40 % Zn lebih dapat menurunkan sifat ductilitas Tembaga secara drastis.

Adapun beberapa macam kuningan yang sering dijumpai untuk memenuhi keperluan teknik adalah :

Jenis kuningan yang lain adalah Brassing solder  yang merupakan paduan Cu, Zn dan perak, paduan logam ini  digunakan untuk kawat solder dan meleleh pada temperatur 700 – 800 ^oC. sedangkan Muntz Metal  atau disebut juga Copper zin lead system atau special brass. Logam ini merupakan paduan antara Cu, Zn, dan Pb. Paduan ini akan menjadi logam paduan komplek apabila juga ditambahkan unsur Sn, Si, Mn, dan Fe. Penggunaan special brass sangat luas di bidang engineering. Logam paduan Tembaga jenis Special brass ini dapat dibagi menjadi 3 kelompok, yaitu :

1. Brass tahan karat / tahan korosi
2. Brass tahan regangan
3. Brass tahan gesekan

Beberapa contoh Special brass, adalah seperti  tabel di bawah ini.

Perunggu (bronzes)

Paduan Tembaga  dengan segala macam unsur logam tanpa Zn disebut perunggu atau bronze. Berbagai macam jenis dan kegunaan dari paduan ini telah banyak dikembangkan oleh para ahli material maupun insinyur, baik yang bersifat mampu tempa maupun mampu tuang, baik untuk keperluan asesori perhiasan sampai dengan untuk keperluan bahan teknik. Beberapa contoh benda benda terbuat dari Perunggu tampak pada gambar 4.

Warna logam Perunggu ini lebih mendekati ke warna emas daripada ke warna kuningan. Adapun macam-macam bahan yang digunakan untuk paduan antara lain :  Al, Si, Be, Pb dan Sn dan lain-lain.  Beberapa jenis perunggu tersebut adalah sebagai berikut :

Perunggu Timah putih

 Adalah paduan Tembaga dengan kadar timah putih Sn 5 – 20 %. Penambahan unsur Sn dapat memperbaiki kekuatan dan kekerasannya. Penambahan Sn kurang dari 10% dapat memperbaiki keuletan paduan, sedangkan jika lebih dari 10% Sn akan mengurangi keuletannya. Paduan Cu-Sn ini dapat di-annealing  pada temperatur 600 – 650 ^oC serta dapat dipakai dalam bentuk logam coran.

Perunggu Timah hitam

Perunggu ini dipakai sebagai liner bearing pada mesin – mesin  yang bergerak cepat serta batas kelelahan yang tinggi.

Perunggu Pospor

Pospor berfungsi untuk menghilangkan oksida pada saat logam perunggu dicairkan, selain itu juga berfungsi untuk memperbaiki kekerasan dan elastisitas paduan. Oleh karena itu paduan ini cocok digunakan untuk bahan pegas dan bantalan.

Perunggu Alumunium

Perungu jenis ini mempunyai kekuatan lebih baik jika dibandingkan dengan perunggu timah putih, tahan korosi, mampu bentuk lebih baik,  kurang bisa dicor kecuali dengan teknik khusus. Perunggu dengan kadar 6 – 8 % Al dapat dikerjakan secara panas maupun dingin. Sedangkan untuk kadar 10 % Al, hanya dapat dikerjakan pada temperatur tinggi.

Perunggu Silikon

Banyak digunakan  sebagai  bahan  pegas (per) tipe kontak dan komponen bertenaga sangat besar.

Perunggu Berilium

Perunggu berilium adalah material yang sangat kuat terutama setelah dikenai perlakuan panas pada temperatur 800 ^oC dan dikejutkan dengan pendinginan air, kekuatannya mencapai 54 kg/mm² dengan regangan relatif 25 %, dan dapat mencapai kekuatan sampai  dengan 150 kg/mm². Oleh karena itu perunggu ini dikenal sebagai material hebat (excellency material).

 Cupro Nikel

Adalah campuran antara Tembaga dan nikel. Paduan ini digunakan pada dunia industri  sebagai bahan tahan karat pada temperatur tinggi dan juga dapat digunakan sebagai jala (screen) pada proses pemurnian minyak bumi, makanan, serta digunakan sebagai peralatan instrumen, koin dan peralatan dapur. Cupro nikel dengan kadar 30% Ni sangat sempurna untuk naval condensor tube, yaitu pipa-pipa kondensor untuk sistem pemurnian air laut.

Paduan Constanta

Adalah paduan antara Tembaga dengan 40%Ni dan 1,5%Mn dengan sifat utamanya adalah daya hantar listriknya tinggi serta tetap konstan meskipun terjadi perubahan temperatur. Paduan ini cocok untuk keperluan bahan tahanan listrik, thermocouple dan peralatan  sistem  pengukuran temperatur yang sangat tinggi,

PENUTUP

Uraian di atas telah memberikan informasi seputar Tembaga yang mempunyai dua jenis paduan, yaitu : Kuningan dan Perunggu. Kedua paduan ini telah dikenal luas di tengah masyarakat sebagai bahan untuk membuat berbagai macam peralatan, mulai dari peralatan dapur sampai ke peralatan teknik. Sehingga berpotensi untuk digunakan sesuai keperluan (/AB).

—

*Tulisan ini sebagian besar materinya diambil dari buku Material Teknik sebagai Bahan Disain Struktur, Atik Bintoro, 2009, Massma Sikumbang, Jakarta, dan dilengkapi dengan materi dari berbagai sumber.