Panduan Ahli untuk Memesin Logam Mulia Secara Efisien

Logam mulia dapat sulit dimesin terutama karena properti material yang beragam dan biaya tinggi jika bagian harus dibuang. Artikel berikut akan memperkenalkan elemen-elemen ini dan logam paduan mereka serta memberikan panduan cara memesin mereka secara efektif dan efisien.

About the Elements

Kadang disebut logam “kurnia,” logam mulia terdiri dari delapan elemen yang terletak di tengah tabel periodik (dilihat di bawah ini pada Gambar 1). Delapan logam tersebut adalah:

1. Ruthenium (Ru)
2. Rhodium (Rh)
3. Palladium (Pd)
4. Perak (Ag)
5. Osmium (Os)
6. Iridium (Ir)
7. Platinum (Pt)
8. Emas (Au)

Elemen-elemen ini adalah beberapa bahan paling langka di bumi, dan oleh karena itu dapat sangat mahal. Emas dan perak dapat ditemukan dalam bentuk nugget murni, yang membuatnya lebih mudah tersedia. Namun, enam elemen lainnya biasanya ditemukan bercampur dalam bijih mentah dari empat logam yang mereka letakkan di bawahnya di tabel periodik: Besi (Fe), Kobalt (Co), Nikel (Ni), dan Tembaga (Cu). Elemen-elemen ini adalah subset dari logam mulia dan umumnya disebut Platinum Group Metals (PGM). Karena mereka ditemukan bersama dalam bijih mentah, ini membuat pertambangan dan ekstraksi sulit, meningkatkan biaya secara dramatis. Karena harga yang tinggi, memesin bahan ini dengan benar pada kali pertama sangat penting bagi efisiensi bengkel.

Gambar 1: Tabel periodik dengan 8 logam mulia yang dicoret biru. Sumber gambar: clearscience.tumblr.com

Basic Properties and Compositions of Precious Metals

Logam mulia memiliki properti material yang menonjol karena secara karakteristik lunak, duktil, dan tahan oksidasi. Mereka disebut logam “kurnia” karena ketahanan mereka terhadap sebagian besar jenis serangan kimia dan lingkungan. Tabel 1 mencantumkan beberapa properti material yang mengungkapkan tentang logam mulia dalam bentuk elemen mereka. Untuk tujuan perbandingan, mereka diletakkan berdampingan dengan 6061 Al dan 4140 Steel. Secara umum, hanya emas dan perak yang digunakan dalam bentuk murni karena platinum group metals adalah paduan yang terdiri terutama dari platinum (dengan komposisi lebih kecil dari Ru, Rh, Pa, Os, Ir). Logam mulia terkenal karena sangat padat dan memiliki titik leleh yang tinggi, yang membuatnya cocok untuk berbagai aplikasi.

Tabel 1: Properti Material Cold-worked Logam Mulia, Baja 4140 dan Aluminium 6061 

Common Machining Applications of Precious Metals

Perak dan emas memiliki konduktivitas termal dan resistensi listrik yang sangat menguntungkan. Nilai-nilai ini tercantum dalam Tabel 2, bersama dengan CC1000 (tembaga dianneal) dan aluminium 6061 yang dianneal, untuk tujuan perbandingan. Tembaga umumnya digunakan dalam kawat listrik karena resistensi listrik yang relatif rendah, meskipun perak akan menjadi pengganti yang lebih baik. Alasan jelas ini bukan konvensi umum adalah biaya perak dibandingkan tembaga. Itu sebabnya, tembaga umumnya dilapisi emas di area kontak listrik karena cenderung oksida setelah penggunaan panjang waktu, yang menurunkan resistensinya. Seperti yang disebutkan sebelumnya, emas dan logam mulia lainnya dikenal tahan terhadap oksidasi. Ketahanan korosi ini adalah alasan utama mengapa mereka digunakan dalam sistem perlindungan katodik industri elektronik.

Tabel 2: Konduktivitas Termal dan Resistensi Listrik Ag, Au, Cu, dan Al 

Platinum dan paduan masing-masing menawarkan paling banyak aplikasi karena dapat mencapai sejumlah properti mekanik yang berbeda sambil tetap mempertahankan manfaat logam mulia (titik leleh yang tinggi, duktilitas, dan ketahanan oksidasi). Tabel 3 mencantumkan platinum dan sejumlah PGM lainnya masing-masing dengan properti mekanik mereka. Variasi properti ini tergantung pada elemen paduan yang ditambahkan ke platinum, persentase logam paduan, dan apakah bahan telah di cold-worked atau dianneal. Paduan dapat secara signifikan meningkatkan kekuatan tarik dan kekerasan bahan sambil mengurangi duktilitasnya pada saat yang sama. Rasio peningkatan kekuatan tarik/kekerasan terhadap penurunan duktilitas tergantung pada logam yang ditambahkan serta berapa banyak yang ditambahkan, seperti yang terlihat dalam Tabel 3. Secara umum ini tergantung pada ukuran partikel elemen yang ditambahkan serta struktur kristal alaminya. Ruthenium dan Osmium memiliki struktur kristal tertentu yang memiliki efek keras yang signifikan saat ditambahkan ke platinum. Paduan Pt-Os khususnya sangat keras dan hampir tidak dapat dikerjakan, yang tidak menghasilkan banyak aplikasi dunia nyata. Namun, penambahan 4 PGM lainnya ke platinum memungkinkan rentang properti mekanik dengan berbagai penggunaan.

Tabel 3: Properti material PGM (Catatan: kekerasan dan kekuatan tarik adalah nilai cold worked) 

Platinum dan paduannya biocompatible, yang memberikan kemampuan untuk ditempatkan dalam tubuh manusia untuk waktu yang lama tanpa menyebabkan reaksi beracun atau racunan. Oleh karena itu, alat medis termasuk penegak otot jantung, stent, dan band penanda untuk alat angioplasti terbuat dari platinum dan paduannya. Emas dan palladium juga umum digunakan dalam aplikasi gigi.

Paduan Pt-Ir secara terlihat lebih keras dan lebih kuat daripada paduan lainnya dan menjadi kepala bujii yang sangat baik di industri otomotif. Rhodium kadang ditambahkan ke paduan Pt-Ir untuk membuat bahan kurang elastis (karena digunakan sebagai kawat spring medis) sambil juga meningkatkan kerjanya. Pasangan kawat Pt dan Pt-Rh sangat efektif dalam mengukur suhu dan oleh karena itu digunakan dalam termokopel.

Machining Precious Metals

Dua parameter yang paling berpengaruh saat memesin adalah kekerasan dan persentase perpanjang. Kekerasan dikenal baik oleh pemain dan insinyur di seluruh industri manufaktur karena menunjukkan resistensi bahan terhadap deformasi atau pemotongan. Persentase perpanjang adalah ukuran yang digunakan untuk mengukur duktilitas bahan. Ini menunjukkan kepada desainer sejauh mana struktur akan mengalami deformasi plastis (permanen) sebelum retak. Misalnya, plastik duktil seperti ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) memiliki persentase perpanjang 350-525%, sementara bahan yang lebih rapuh seperti cast iron yang di-quench dan di-temper (grade 120-90-02) memiliki persentase perkiraan sekitar 2%. Oleh karena itu, semakin besar persentase perpanjang, semakin besar “lendirnya” bahan. Bahan yang lendir cenderung menghasilkan built-up edge dan cenderung menghasilkan chip yang panjang dan berantakan.

Tools for Precious Metals

Duktilitas bahan membuat alat pemotong yang tajam sangat penting untuk memotong logam mulia. Alat Variable Helix for Aluminum Alloy dapat digunakan untuk bahan yang lebih lemah seperti emas murni, perak, dan platinum.

Gambar 2: Variable Helix Square End Mill for Aluminum Alloys

Bahan dengan kekerasan yang lebih tinggi masih memerlukan tepi pemotong yang tajam. Oleh karena itu, opsi terbaik adalah berinvestasi dalam alat PCD Diamond. Wafer PCD memiliki kemampuan untuk memotong bahan yang sangat keras sambil mempertahankan tepi pemotong yang tajam untuk waktu yang relatif lama, dibandingkan dengan tepi pemotong HSS dan karbida standar.

Gambar 3: PCD Diamond Square End Mill

Speeds and Feeds charts:

Gambar 4: Speeds and Feeds for precious metals when using a Square Non-ferrous, 3x LOC

Gambar 5: Speeds and Feeds for precious metals when using a 2-Flute Square PCD end mill