formasi fasa dan mikrostruktur bahan struk- tur paduan aluminium ...

8
M. Husna Al Hasa ISSN 0216 - 3128 37 - FORMASI FASA DAN MIKROSTRUKTUR BAHAN STRUK- TUR PADUAN ALUMINIUM FERO-NIKEL HASIL PROSES SINTESIS M. HusDa AI Hasa Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir ABSTRAK FORMASI FASA DAN STRUKTUR MIKRO BAHAN STRUKTUR PADUAN ALUMINIUM FERO- NIKEL HASIL PROSES SINTESIS. Paduan Aluminium Fero-Nikel (AlFeNi) merupakan kandidat kelongsong bahan bakar berdensitas tinggi type MTR. Paduan aluminium ftrro-nikel ini merupakan hasi/ sintesis dengan metoda peleburan menggunakan arc furnace. Pengamatan yang dilakukan meliputi analisis struktur fasa dengan XRD, dan analisis struktur mikro dengan mikroskop optik. Hasi/ pengukuran berdasarkan pola difraksi sinar x menunjukkan bahwa paduan AlFeNi memi/iki struktur fasa a, B, Kdan r. Puncak fasa K dan B relatif lebih banyak dan intensitasnya relatif lebih tinggi dengan kadar 3,5 Fe 1,5 Ni daripada 3 Fe!, 5 Ni dan 2,5 Fe!, 5 Ni. Puncakfasa B hanya terdeteksi pada kadar 3%Fe dan 3,5%Fe. Hasi/ pengamatan struktur mikro menunjukkan topografi butir berbentuk dendrit dan granular. Struktur mikro paduan AIFeNi dengan kadar 2,5%, 3% dan 3,5% Fe cenderung berbentuk dendrit dan sejumlah kecil granular. Mikrostruktur bentuk dendrit cenderung menurun ukuran butirnya dengan semakin tinggi kadar Fe dalam paduan. Kadar Fe semakin tinggi dalam paduan cenderung semakin memacu terbentuknya fasa senyawa antar logam. Kata kunci: Paduan AlFeNi, Struktur fasa, Fasa paduan, mikrostruktur ABSTRACT PHASE FORMATION AND MICROSTRUCTURE OF ALUMINUM-FERRO-NICKEL ALLOY OBTAINED FRO!t7-SYNTESIS. The Alumunium (AlFeNi) alloy is of MTR type high density fuel cladding material. This AlFeNi alloy was synthesis result by using an arc furnace under vacuum condition. The observation included phase structure analysis by using XRD, and microstructure analysis by using optical- microscope. X-ray diffraction analysis of the AlFeNi alloy show that the phase structure was anisotropic (a, B, K and r;.-Tf1e peaks of K and Bphase with 3,5 % wt Fe content relatively more increases and intensity relatively higher. The peaks of B phase was detected only 3% and 3,5 % wt Fe content. The results of microstructure observation show that the grain topographic is dendritic and granular formed. The microstructure of the AlFeNi alloy with 2,5, 3 dan 3,5 % wt Fe content was dendritic and relatively smaller granular grain formed. The microstructure of the AIFeNi alloy with dendritic grain tend to decrease the grain size with increasing Fe content. The formation of the intermetal/ic compound phase tend to increase with increasing Fe content in the alloy. PENDAHULUAN Paduan logam aluminium umumnya digunakan sebagai komponen struktur pada berbagai industri, seperti industri transportasi dan industri nuklir. Industri nuklir menggunakan paduan aluminium untuk komponen struktur pada berbagai reaktor nuklir dan bahan bakar nuklir terutama sebagai cladding bahan bakarI'J. Bahan struktur paduan aluminium merupakan material yang mempunyai sifat ketahanan korosi yg relatif baik dan memilki sifat mekanik terutama kekerasan yang cukup memadai. Paduan aluminium seperti paduan AIFeNi telah dikaji untuk digunakan sebagai cladding bahan bakar oleh beberapa negara di -- -- ----- dunia[2J. Kajian yang dilakukan menunjukkan bahwa paduan aluminum AlFeNi mempunyai sifat mekanik dan ketahanan korosi yang relatif baik[2.3J. Paduan logam AIFeNi memiliki struktur politropik yang dapat meningkatkan sifat kekuatan dan ke- tangguhan bahan. Sifat ketangguhan dan ketahanan korosi bahan struktur AlFeNi sangat dipengaruhi oleh pembentukan struktur fasa dalam paduano Pembentukan fasa sangat dipengaruhi oleh unsur pemadu dan kadar pemadu dalam paduano Struktur fasa dan struktur mikor berperan pula terhadap perubahan sifat bahan terutama sifat termal dan sifat mekanik. Struktur paduan AIFeNi yang berstruktur anisotropik, yaitu struktur monoklinik dan ortoTOril6IK relatif stabil berada di bawah suhu 377 Prosiding PPI - PDIPTN 2007 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BAT AN Yogyakarta, 10 Juli 2007

Transcript of formasi fasa dan mikrostruktur bahan struk- tur paduan aluminium ...

Page 1: formasi fasa dan mikrostruktur bahan struk- tur paduan aluminium ...

M. Husna Al Hasa ISSN 0216 - 3128 37-FORMASI FASA DAN MIKROSTRUKTUR BAHAN STRUK­TUR PADUAN ALUMINIUM FERO-NIKEL HASIL PROSESSINTESIS

M. HusDa AI HasaPusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir

ABSTRAK

FORMASI FASA DAN STRUKTUR MIKRO BAHAN STRUKTUR PADUAN ALUMINIUM FERO­

NIKEL HASIL PROSES SINTESIS. Paduan Aluminium Fero-Nikel (AlFeNi) merupakan kandidatkelongsong bahan bakar berdensitas tinggi type MTR. Paduan aluminium ftrro-nikel ini merupakan hasi/sintesis dengan metoda peleburan menggunakan arc furnace. Pengamatan yang dilakukan meliputi analisisstruktur fasa dengan XRD, dan analisis struktur mikro dengan mikroskop optik. Hasi/ pengukuranberdasarkan pola difraksi sinar x menunjukkan bahwa paduan AlFeNi memi/iki struktur fasa a, B, Kdan r.

Puncak fasa K dan B relatif lebih banyak dan intensitasnya relatif lebih tinggi dengan kadar 3,5 Fe 1,5 Nidaripada 3 Fe!, 5 Ni dan 2,5 Fe!, 5 Ni. Puncakfasa B hanya terdeteksi pada kadar 3%Fe dan 3,5%Fe.Hasi/ pengamatan struktur mikro menunjukkan topografi butir berbentuk dendrit dan granular. Strukturmikro paduan AIFeNi dengan kadar 2,5%, 3% dan 3,5% Fe cenderung berbentuk dendrit dan sejumlah kecilgranular. Mikrostruktur bentuk dendrit cenderung menurun ukuran butirnya dengan semakin tinggi kadarFe dalam paduan. Kadar Fe semakin tinggi dalam paduan cenderung semakin memacu terbentuknya fasasenyawa antar logam.

Kata kunci: Paduan AlFeNi, Struktur fasa, Fasa paduan, mikrostruktur

ABSTRACT

PHASE FORMATION AND MICROSTRUCTURE OF ALUMINUM-FERRO-NICKEL ALLOY

OBTAINED FRO!t7-SYNTESIS. The Alumunium (AlFeNi) alloy is of MTR type high density fuel claddingmaterial. This AlFeNi alloy was synthesis result by using an arc furnace under vacuum condition. Theobservation included phase structure analysis by using XRD, and microstructure analysis by using optical­microscope. X-ray diffraction analysis of the AlFeNi alloy show that the phase structure was anisotropic(a, B,K and r;.-Tf1e peaks of K and Bphase with 3,5 % wt Fe content relatively more increases and intensityrelatively higher. The peaks of Bphase was detected only 3 % and 3,5 % wt Fe content. The results ofmicrostructure observation show that the grain topographic is dendritic and granular formed. Themicrostructure of the AlFeNi alloy with 2,5, 3 dan 3,5 % wt Fe content was dendritic and relatively smallergranular grain formed. The microstructure of the AIFeNi alloy with dendritic grain tend to decrease thegrain size with increasing Fe content. The formation of the intermetal/ic compound phase tend to increasewith increasing Fe content in the alloy.

PENDAHULUAN

Paduan logam aluminium umumnya digunakansebagai komponen struktur pada berbagaiindustri, seperti industri transportasi dan industrinuklir. Industri nuklir menggunakan paduanaluminium untuk komponen struktur pada berbagaireaktor nuklir dan bahan bakar nuklir terutama

sebagai cladding bahan bakarI'J. Bahan strukturpaduan aluminium merupakan material yangmempunyai sifat ketahanan korosi yg relatif baikdan memilki sifat mekanik terutama kekerasan yangcukup memadai. Paduan aluminium seperti paduanAIFeNi telah dikaji untuk digunakan sebagaicladding bahan bakar oleh beberapa negara di-- -- -----

dunia[2J. Kajian yang dilakukan menunjukkanbahwa paduan aluminum AlFeNi mempunyai sifatmekanik dan ketahanan korosi yang relatif baik[2.3J.Paduan logam AIFeNi memiliki struktur politropikyang dapat meningkatkan sifat kekuatan dan ke­tangguhan bahan. Sifat ketangguhan dan ketahanankorosi bahan struktur AlFeNi sangat dipengaruhioleh pembentukan struktur fasa dalam paduanoPembentukan fasa sangat dipengaruhi oleh unsur

pemadu dan kadar pemadu dalam paduano Strukturfasa dan struktur mikor berperan pula terhadapperubahan sifat bahan terutama sifat termal dan sifatmekanik. Struktur paduan AIFeNi yang berstrukturanisotropik, yaitu struktur monoklinik dan

ortoTOril6IK relatif stabil berada di bawah suhu 377

Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BAT AN

Yogyakarta, 10 Juli 2007

Page 2: formasi fasa dan mikrostruktur bahan struk- tur paduan aluminium ...

38- ISSN 0216 - 3128 M. Husna AI Hasa

°e[4]. Kestabilan struktur fasa sangat dipengaruhioleh kadar pemadu yang 1arut padat dalam paduandan semakin tinggi kadar pemadu semakinmemperlambat proses transformasi difusi.

Pembentukan fasa dalam paduan logam dapatterbentuk apabila komposisinya terdiri dari duaunsur atau lebih dan memiliki perbedaan jari-jariatom sehingga membentuk larutan padat sebagaisalah satu fasa. Selain itu, fasa yang terbentukmemiliki sifat, ukuran kisi dan struktur kristal sertatitik cair yang berbeda. Unsur AI, Fe dan Nimempunyai ukuran atom, jarak antar atom dan jugabentuk struktur kristal yang berbeda. Logam Almemiliki struktur kristal berbentuk selsatuan Fee

dengan parameter kisi berukuran 4,0496 A danjarak antar atom 2,8635 A. Logam Fe memilikistruktur kristal Bee dengan parameter kisiberukuran 2,8664 A dan jarak antar atom 2,4823 A,sedangkan logam Ni memiliki selsatuan Feedengan ukuran kisi 3,52338 A dan jarak antar atom2,4919 A[4].

Pembentukan dan perubahan fasa sangattergantung pada komposisi dan suhu paduan yangdipengaruhi dan dipacu oleh kadar pemadu melaluireaksi fasa, seperti ditunjukkan oleh diagram fasasistem biner AI-Fe pada Gambar 1. Reaksi fasaeutectik paduan aluminium dan besi mulai terjadipada suhu 652 °e dengan kadar 1,8 % Fe danmembentuk fasa padat a-tB yaitu AI+FeAI3• Fasa a

memiliki batas kemampuan larut padat JgJiid­solubility) Fe dalam fasa a (AI) sampai maksimum0,04%Fe pada suhu 652 °e . Fasa a-tB mulaiterbentuk pada daerah komposisi 0,04-37 % beratFe di bawah suhu 652°C. Fasa a-tB ini merupakanhasil transformasi dari pemaduan AI dan Fe yangmengikuti reaksi fasa eutectic, yaitu L ~ a+8.

Diagram kesetimbangan fasa sistem ternaryAI-Fe-Ni pada Gambar 2 menunjukkan bahwa mulaipada suhu 640 °e secara bersamaan dapat terjadireaksi fasa yang membentuk fasa t (FeNiAI9). Halini dimungkinkan bila kadar Ni dan Fe memilikijumlah yang besar dalam paduano Reaksi fasa antaraNi dan Al dapat membentuk senyawa fasa NiAhpada kadar Ni yang relatifrendah. Apabila kadar Nidalam paduan melebihi batas larut padat di atas 0,04% memungkinkan terbentuknya fasa K (NiAI). FasaK mulai terbentuk pada daerah komposisi 0,04-42 %berat Ni di bawah suhu 640°C. Fasa K inimerupakan hasil transformasi dari pemaduan AI danNi yang mengikuti reaksi fasa eutectic, yaitu L ~a+K. Besarnya fasa K sangat dipengaruhi olehtingkat prosentase kadar Ni dalam paduano Kadar Nisemakin tinggi mengakibatkan semakin memper­besar jumlah fasa K dalam paduano Selain itu, reaksifasa antara Fe dan Ni membentuk Ni3Fe dapatterjadi pada suhu yang lebih rendah mulai dari suhu345°e[4].

Gambar I. Diagram rasa sistem biner AI-FeI61•

Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2007

Page 3: formasi fasa dan mikrostruktur bahan struk- tur paduan aluminium ...

M. Husna Al Hasa

AI

ISSN 0216 - 3128

Gambar 2. Diagram fasa sistem terner AI-Fe_Ni[6J.

39

Paduan AI-Fe-Ni dalam keadaan padat akanterbentuk fasa-fasa paduano Fasa-fasa padat yangterbentuk seperti fasa 8, K dan 1 mempunyai bentukstruktur kristal yang berbeda-beda [5]. Fasa 8(FeAb) memiliki struktur kristal monoklinik denganparameter kisi berukuran a: 15,489 A b:8,0831 A

c:12,476 A dan sudut /3:107,72° Fasa K (NiAb)memiliki struktur kristalnya orthorhombik denganparameter kisi berukuran a: 6,1114 A, b: 7,3662 A,

c: 4,8112 A. Fasa 1 (FeNiAI9) memiliki strukturkristal monoklihik dengan parameter kisi berukurana:8,598 A, b:6,271 A, c:6,207 A dan sudut fJ

:94,66° Fasa padat paduan AIFeNi tersebut di atasmasing-masing memiliki temperatur titik cairberkisar ~1157° C untuk fasa 8, <854° C untuk fasaK dan <1133° C untuk fasa 1.

Serbuk logam AI, Fe dan Ni dilakukan sin­tesis dengan teknik metalurgi serbuk dan peleburanmenggunakan tungku busur listrik dalam kondisi

inert gas. Proses sintesis menghasilkan bahanspesimen dalam bentuk ingot paduan AIFeNi.Spesimen ingot paduan AIFeNi diidentifikasifasanya melalui pola difraksi menggunakan difraksisinar x. Spesimen paduan AIFeNi dianalisis secarametalografi dan diamati topografi struktur butirmengggunakan mikroskop-optik. Penelitian inibertujuan membuat paduan logam AIFeNi sertamengidentifikasi fasa dan mikrostruktur paduanyang terbentuk.

TAT A KERJA

Spesimen paduan logam AIFeNi yang terdiridari Aluminum (AI), serta Ferro (Fe) dan Nikel (Ni)sebagai unsur pemadu utama merupakan paduanlogam hasil sintesis dengan teknik kompaksi danpeleburan.

Pemaduan logam AIFeNi dilakukan dengankadar Fe dan Ni yang bervariasi menggunakantungku busur listrik, yaitu (2,5Fel,5Ni), (3Fe 1,5Ni)dan (3,5Fel,5Ni). Peleburan berlangsung di atastitik cair suhu paduan AIFeNi yang berdasarkankadar persentase unsur pemadu, yaitu berkisar 700°c dan 800°C. Peleburan paduan logam AIFeNidilakukan secara berulang untuk mendapatkantingkat kehomogenan paduano

Spesimen paduan AIFeNi hasil peleburandiamati struktur fasa, perubahan fasa danmikrostrukturnya. Pengamatan struktur fasadianalisis berdasarkan pola difraksi menggunakandifraksi sinar x. Analisis mikrostruktur paduanAIFeNi berdasarkan topografi bentuk butir diamatimenggunakan mikroskop-optik.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Analisis struktur fasa paduan AIFeNiberdasarkan pola difraksi sinar x diperlihatkan padaGambar 3 dan analisis mikrostruktur paduan AIFeNihasil peleburan ditunjukkan pada Gambar 4.

Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2007

Page 4: formasi fasa dan mikrostruktur bahan struk- tur paduan aluminium ...

40 ISSN 0216 - 3128 M. HusnaAI Hasa

300 j'''''''''''''''''''''''''''U''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''

AI II IIAI I AI AI JI I AI111 200 220 31 222240

:sc:J

.§. 180

>-

~ 120Q>~c

60

o

o 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10029 angle (deg)

a

300 j""''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''""''''''''''''''''''''''Hj ~~I ~~o II ~~o 3~\11 I ~~2

240

:sc

~ 180

>-

~ 120 1 NiAI,~ j L.. F:~!AI9 Fe.~~A~ 21100C

60

o

o 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10026 angle (deg)

b

300 l"""""'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''M~I\ ~~o II ~~o II ~~I

NiAI)

240 ...J I 301

~

~ 180

j II NiAI,

>- =': FeAIJ

~ 120 210.,-c:

60

o

o 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10026 angle (deg)

c

Gambar 3. PoIa difraksi sinar x paduan AIFeNi: a) 2,5% Fe, b) 3% Fe, c)3,5% Fe.

Prosiding PPI - PDIPTN2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2007

Page 5: formasi fasa dan mikrostruktur bahan struk- tur paduan aluminium ...

M. Husna AI Hasa ISSN 0216 - 3128 41

Gambar 3 memperlihatkan pola difraksipaduan AIFeNi hasil peleburan dengan kadar 2,5 %Fe, 3% Fe dan 3,5 % Fe yang menghasilkanpuncak-puncak fasa a, 8, K dan "C. Puncak fasa auntuk masing-masing bidang hkl berada pada sudutdifraksi 28 antara 35°-100°. Puncak fasa 8 untukmasing-masing bidang hkl berada pada sudutdifraksi 28 antara 5°_30°. Puncak fasa K untuk

masing-masing bidang hkl berada pada sudut 28antara 20°_50°, sedangkan puncak fasa "C untukmasing-masing bidang hkl berada pada sudutdifraksi 28 antara 15°_65°.Berdasarkan persamaanBRAGG[7] dengan panjang gelombang ("-cu)=1,542A menunjukkan bahwa puncak fasa a berada padasudut 28 sebesar 39°, 45°, 65°, 78°, 83° dan 99°pada masing-masing bidang hkl, yaitu 111, 200,220, 311, 222 dan 400. Puncak fasa 8 berada padasudut 28 sebesar 10° dan 25° pada masing-masingbidang hkl, yaitu 210 dan 320. Puncak fasa K

berada pada sudut 28 sebesar 22°, 30°, 35°, 40°,410, 43° dan 45° pada masing-masing bidang hkl,yaitu 011, 210, 211, 102, 221, 230 dan 301,sedangkan puncak fasa "C berada pada sudut 28sebesar 17°, 23°, 53°, 57°, 61 dan 63 pada masing­masing bidang hkl, yaitu 200, III, 301, 312, 320dan 322. Gambar 3a memperlihatkan pola difraksipaduan AIFeNi hasil peleburan yang menghasilkanpuncak-puncak fasa a pada sudut 28 berkisarantara 39°, 45°, 65°, 78° 83° dan puncak fasa K

pada sudut 28 berkisar antara 22°, 30°, 40°, 410,

sedangkan puncak fasa t pada sudut 28 berkisarantara 23°, 53°, 57° dan 63°. Besaran sudut 28untuk puncak fasa a, K dan "C pada pola difraksiGambar 3a cenderung mendekati sarna denganbesaran sudut 28 hasil perhitungan denganpersamaan BRAGG di atas. Kondisi ini cenderungmengindentifikasikan bahwa struktur fasa yangterbentuk merupakan fasa a, K dan t. Fasa amerupakan aluminium (AI), fasa K merupakansenyawa NiAh dan fasa "C adalah senyawa FeNiAI9. Pembentukan fasa K ini merupakan proses reaksiantara nikel dan aluminium yang terjadi akibatrejeksi dari larutan padat aluminium yang melebihikemampuan larut-padat dalam struktur fasa a.Rejeksi ini terjadi karena kelarutan atom Ni dalamstruktur fasa a telah melampaui batas yangdiizinkan, yaitu melebihi di atas 0,04% Ni [6]

sehingga aluminium mengikat nikel membentuksenyawa NiAI3. Demikian pula pembentukan fasa tmerupakan proses reaksi antara Fe, Ni dan AI yangterjadi akibat rejeksi dari larutan padat aluminiumyang melebihi kemampuan larut-padat dalamstruktur fasa a.

Gambar 3b memperlihatkan pola difraksipaduan AIFeNi hasil peleburan yang menghasilkan

puncak-puncak fasa a pada sudut 28 berkisarantara 39°, 45°, 65°, 78° 83° dan puncak fasa K

pada sudut 28 berkisar antara 30°, 35°, 41°,sedangkan puncak fasa t pada sudut 28 berkisarantara 17°, 23° dan 57°. Pola difraksi paduanAIFeNi dengan kadar 3% Fe pada Gambar 3b

menunjukkan terdapat satu puncak fasa 8 padabidang 320, empat puncak fasa K pada bidang 210,211, 102, 221 dan tiga puncak fasa t pada bidang200, 111, 312. Puncak fasa K relatif tinggiintensitasnya daripada intensitas puncak fasa K

pada Gambar 3a. Demikian pula intensitas puncakfasa t pada bidang 200, 111, 312 cenderungberkurang pada 3% Fe, seperti ditunjukkan padaGambar 3b. Gambar 3b memperlihatkan pulatimbulnya puncak baru, yaitu pada sudut 28 25°bidang hkl 320 dan sudut 28 35° bidang hkl 211.Kedua puncak tersebut merupakan puncak fasa 8dan K•. Selain itu, Gambar 3b memperlihatkanbeberapa puncak muncul semakin jelas, sepertipada sudut 28 17° bidang hkl 200, sudut 28 35°bidang hkl 211 dan sudut 28 57° bidang hkl 312.Ketiga puncak tersebut merupakan bagian daripuncak pola difraksi fasa 8, K dan t. Puncak K dant cenderung meningkat pada kadar 3 % Fe yangditandai dengan lebih tingginya intensitas. Gambar3c memperlihatkan timbulnya beberapa puncakfasa, yaitu pada sudut 28 10° bidang hkl 210,sudut 28 43° bidang hkl 230, sudut 28 45°bidang hkl 301 dan sudut 28 83° bidang hkl 222.Kempat puncak fasa tersebut merupakan bagiandari puncak poJa difraksi fasa 8, K dan a. Puncakfasa 8, K dan a semakin meningkat dengan kadar3,5 % Fe dan intensitasnya cenderung semakintinggi. Gambar 3 memperlihatkan pula bahwakandungan Fe yang relatif lebih tinggi dalampaduan akan menghasilkan puncak fasa yangmeningkat dan intensitas semakin tinggi yangberdampak terhadap keadaan puncak pola difraksi.

Mikrostruktur paduan AIFeNi dengan kadar2,5% Fe, 3% Fe dan 3,5% berat Fe diperlihatkanpada Gambar 4. Gambar 4 memperlihatkanstruktur butir paduan intermetalik AIFeNi yangterdiri dari beberapa fasa dalam bentuk senyawalogam cenderung berbentuk dendrit. Senyawa fasapaduan AIFeNi, seperti fasa 8, K dan t cenderungberbentuk dendrit yang diawali tumbuh pada batasbutir. Pembentukan senyawa fasa paduan diawalipada batas butir karena energi pada daerah batasbutir relatiftinggi daripada di daerah butir sehinggamenyebabkan daerah batas butir menjadi lebihreaktif daripada di butir. Energi pada batas butirrelatif tinggi karena batas butir adalah daerah yangsangat tidak stabil dan batas butir merupakandaerah pertemuan kristal-kristal atom denganorientasi yang berbeda atau acak.

Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Juri 2007

Page 6: formasi fasa dan mikrostruktur bahan struk- tur paduan aluminium ...

42 ISSN 0216 - 3128

a

b

c

Gambar 4. Mikrostruktur paduan AIFeNi. a) kadar 2,5% Fe b)kadar 3% Fe , c) 3,5% Fe.

Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2007

M. Husna AI Hasa

Page 7: formasi fasa dan mikrostruktur bahan struk- tur paduan aluminium ...

M. Husna Al Hasa ISSN 0216 - 3128 43-Gambar 4a memperlihatkan struktur butir

fasa a, K dan 1: yang memiliki butir berbentukdendrit relatif banyak, sedangkan fasa K dan 1:

berbentuk dendrit relatif kecil dan sedikit yangtampak mulai terbentuk pada batas butir dan butir.Struktur mikro paduan AIFeNi dengan kadar 2,5%berat Fe yang ditunjukkan pada Gambar 4a tersebutmemperlihatkan pertumbuhan struktur butir fasa K

dan 1:. Pembentukan fasa K dan 1: ini terjadi karenajumlah kadar unsur Fe dan Ni dalam paduanmelebihi batas kemampuan larut padat fasa a.Sebagai akibatnya unsur Fe dan Ni bereaksi denganAI membentuk senyawa FeNiAI9 (1:) dan NiAh (K).

Kondisi ini ditandai dengan pertumbuhan strukturbutir fasa K dan t yang meluas dari daerah batasbutir ke daerah butir, seperti diperlihatkan padaGambar 4a. struktur mikro paduan AIFeNi dengankadar 3% berat Fe yang ditunjukkan pada Gambar4b yang memperlihatkan pertumbuhan struktur butirfasa cenderung semakin meningkat dan re\atifbanyak dibandingkan dengan struktur butir fasapada kadar 2,5% berat Fe. Peningkatan pemben­tukan fasa ini terjadi karena jumlah kadar unsur Fedalam paduan semakin meningkat. Sebagai akibat­nya unsur Fe yang bereaksi dengan AI membentuksenyawa FeAI) (e). Kondisi ini ditandai denganpertumbuhan puncak fasa e pada poJa difraksi sinarx, seperti diperlihatkan pada Gambar 3b.

Mikrostruktur paduan AIFeNi dengan kadar3,5% berat Fe yang ditunjukkan pada Gambar 4cmemperlihatkan pertumbuhan struktur butir fasa e,K dan 1: cenderung semakin meningkat dan relatifbanyak dibandingkan dengan struktur butir fasapada kadar 2,5% dan 3 % berat Fe. Peningkatanpembentukan fasa e, K dan 1: ini terjadi karenajumlah kadar unsur Fe dalam paduan semakinmeningkat. Sebagai akibatnya unsur Fe yangbereaksi dengan AI dan Ni membentuk senyawaFeAI) (8) dan FeNiAl9 (1:) menjadi semakinbertambah. Kondisi ini ditandai denganpertumbuhan puncak fasa dan intensitasnya yangrelatif meningkat, seperti ditunjukkan pada Gambar3c. Se\ain itu dimungkinkan pula pertumbuhanstruktur butir fasa paduan AIFeNi yang meluas daridaerah batas .butir ke daerah butir, sepertidiperlihatkan pada Gambar 4c.

Struktur mikro paduan AIFeNi dengan kadar3,5% berat Fe yang ditunjukkan pada Gambar 4cmemperlihatkan pula bahwa struktur butir fasa arelatif berkurang karena bertransformasi membentukfasa e, K dan 1:. Struktur butir fasa e, K dan 1:

semakin meningkat dan membesar seperti tampaksecarajelas dalam bentuk struktur butir dendrit padaGambar 4c dan yang ditunjukkan pada pola difraksisinar x Gambar 3c. Struktur butir fasa e dan K dalam

bentuk dendrit dengan kadar 3,5 % Fe relatif lebihdominan daripada dengan kadar 2,5% dan 3% beratFe. Hal ini karena kadar unsur pemadu yangterkandung dalam paduan aluminium (AlFeNi)meningkat sehingga kontribusinya terhadappembentukan fasa e dan K menjadi lebih besar.Dengan demikian unsur AI yang diikat oleh Fe danNi membentuk fasa 8 dan K menjadi semakinmeningkat dan relatif lebih tinggi daripada fasa edan K pada struktur mikro Gambar 4a dan 4b.Selain itu, kadar Fe yang relatif tinggi akanberdampak terhadap peningkatan energi dalam.Energi dalam yang tinggi akan memacu mem­percepat pengintian butir sehingga menyebabkanbutir yang terbentuk semakin banyak dan besaranbutir menjadi menurun atau mengecil.

KESIMPULAN

Paduan AIFeNi hasil sintesis menghasilkanpuncak-puncak fasa pada bidang hkl dan sudut 2etertentu yang diidentifikasikan merupakan puncakfasa a, fasa e, fasa K dan fasa 1:. Fasa 8 tidakterbentuk secara sempuma karena hanya meng­hasilkan 2 puncak pola difraksi terutama padapaduan AIFeNi dengan kadar 3,5%Fe. Fasa a, K dan1: terbentuk secara sempuma pada paduan AIFeNiberdasarkan pola difraksi sinar x yang menghasilkanmelebihi 3 puncak fasa pada masing-masing bidanghkl. Struktur mikro AIFeNi hasil sintesis cenderungberbentuk dendrit yang diduga merupakan strukturfasa a, K dan 1:. Struktur fasa K dan 1: cenderungmulai tumbuh pada batas butir dan daerah butir yangberbentuk butir dendrit. Struktur butir fasa K dan tcenderung semakin meningkat dengan mening­katnya kadar Fe dalam paduano

UCAP AN TERIMAKASIH

Terimakasih kami sampaikan kepada pihakyang telah ikut berpartisipasi membantu kelancarankegiatan eksperimen baik secara langsung maupuntidak langsung sehingga menghasilkan tulisan dalambentuk makalah ini terutama Bapak Ir. Sudarmadi,M.Sc., sebagai Kepala PTBN dan Drs. BambangPurwadi sebagai direktur produksi PT.BatanTeknologi.

DAFTAR PUSTAKA

I. BENJAMIN, M.MA., Nuclear ReactorMaterial and Applications, VNR Company Inc,USA, page 133, 149, 1983.

Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BAT AN

Yogyakarta, 10 Juri 2007

Page 8: formasi fasa dan mikrostruktur bahan struk- tur paduan aluminium ...

44 ISSN 0216 - 3128 M. Rusna Al Rasa

2. BALLAGNY, A., Situation of technologicalIrradiation Reactors A Progress Report On TheJules Horowitz Reactor Project,. httplwww.anl.gov.

3. BALLAGNY, A., Main Technical of The JulesHorowitz Reactor Project to Achieve High FluxPeiformances and High Safety Level. httplwww.anl.gov.

4. RAYNOR, GV., RIVLIN, GV., Phase Equilibriain iron Ternary Alloy, New york, The institute ofMetals, 1988.

5. PETZOW, G., EFFENBERG, G., (1992), Ter­nary Alloy AIFeNi, Vo1.15, Gennany: ASM,International, 1992.

6. MONDOLFO, L.F., Aluminium Alloys Struc­ture and Properties, London, Butter Worths,1979.

7. CULLITY, B.D., Element of X-Ray Difraction,the 2th addison-wesley Publishing Company,Inc, Philippines, 1978.Page 87, 501,

TANYAJAWAB

M. Husna AI Hasa

Dengan mengetahui struktur mikro akanmenginformasikan dan mengidentifikasikanbentuk butir dan fasa. Bentuk butir dan fasaakan mempengaruhi sifat mekanik dan lajukorosi.

Bambang Supardiyono

- Apakah makin tinggi kandungan Fe makin baik?

- Bagaimana efek neutron terhadap selongsongdengan Fe tinggi?

M. H usna AI Hasa

- Semakin tinggi kadar Fe semakin meningkatpembentukan Fasa kedua. Pembentukan fasa iniakan berpengaruh terhadap sifat mekanik danlaju korosi. Laju korosi yang tinggi memberikandampak yang tidak baik terhadap sifat bahanstruktur.

- Efek neutron terhadap bahan struktur kelongsongdengan Fe tinggi akan mempercepatlmening­katkan laju korosi.

Tono Wibowo

- Kegunaan "setelah mengetahuiakan terkait dengan apa?

struktur mikro"

Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2007