Home Work 5 Analisa Kerusakan (Failure Analysis) Program Pascasarjana Teknik Metalurgi dan Material

Dedi Hermawan

(2012/1206311193)

1. Jelaskan beberapa Tools untuk analisa kerusakan!

Dalam melakukan analisis untuk keperluan Failure Analisis, biasanya digunakan

beberapa tools sebagai berikut :

1. SEM dan EDS

SEM (Scanning Electron Microscopy) merupakan suatu alat untuk melihat

struktur prmukaan material dengan resolusi yang tinggi (tingkat pembesaran

10-3000000 kali). Pada dasarnya SEM merupakan suatu jenis mikroskop yang

menggunakan elektron untuk menumbuk suatu spesimen dan menghasilkan

image yang diperbesar.

EDS merupakan suatu bagian dari SEM (dengan tambahan x-ray analyzer)

yang dapat digunakan untuk mengetahui komposisi kimia permukaan

spesimen dengan ukuran luas mikron.

Dengan menggunakan SEM dan EDS maka selain dapat diperoleh image

dengan pembeasran yang sangat tinggi juga dapat diketahui komposisi kimia

pada suatu lokasi tertentu.

2. Mikroskop Optik

Mikroskop optik pada dasarnya merupakan suatu mikroskop yang digunakan

untuk melihat struktur permukaan material dengan sumber pencahayaan

yang berasal cahaya. Tingkat pembesaran image pada miroskop optik lebih

kecil bila dibandingkan dengan tingkat pembesaran pada SEM yaitu 4-1000

kali.

3. XRD dan XRF

XRD merupakan suatu metode analisa non destruktive yang didasarkan pada

pengukuran radiasi sinar-X yang terdifraksi oleh bidang kristal keika terjadi

interaksi antara suatu materi dengan radiasi elektromagnetik sinar-X.

Dengan XRD dapat ditentukan struktur kristal spesimen dan juga analisis

kimia dari spesimen tersebut.

XRF juga merupakan suatu tools analisis yang mirip dengan XRD dimana

analsiis unsur-unsur pada spesimen dapat diketahui dari hasil interaksi antara

radiasi gelombang sinar-X dengan materi dimana suatu unsur akan

memamcarkan sinar-x karakteristik yang khusus yang berbeda diantara satu

unsur dengan unsur lainnya.

2. Jelaskan fungsi dan prinsip kerja Tools diatas!

1. SEM dan EDS

Selain fungsi utamanya untuk melihat struktur permukaan spesimen dengan

pembesaran dan resolusi yang tinggi, SEM juga dapat digunakan :

- untuk melihat orientasi kristalografi material

- untuk melihat batas butir material

- untuk melihat perbedaan fasa material

- untuk pengujian patah permukaan

- untuk mengevaluasi komposisi kimia permukaan

- untuk pengujian semi konduktor dalam failure analysis, function control

dan design verification.

Secara umum, gambar pada SEM dibuat berdasarkan deteksi elektron baru

(elektron sekunder) atau elektron pantul yang muncul dari permukaan sampel

ketika permukaan sampel tersebut discan dengan sinar elektron. Elektron

sekunder atau elektron pantul yang terdeteksi selanjutnya diperkuat sinyalnya,

kemudian besar amplitudonya ditampilkan dalam gradasi gelap-terang pada

layar monitor CRT (cathode ray tube). Di layar CRT inilah gambar struktur obyek

yang sudah diperbesar bisa dilihat.

Prinsip kerja SEM adalah menembakkan permukaan benda dengan berkas

elektron bernergi tinggi. Permukaan benda yang dikenai berkas akan

memantulkan kembali berkas tersebut atau menghasilkan elektron sekunder ke

segala arah. Tetapi ada satu arah di mana berkas dipantulkan dengan intensitas

tertinggi. Detektor di dalam SEM mendeteksi elektron yang dipantulkan dan

menentukan lokasi berkas yang dipantulkan dengan intensitas tertinggi. Arah

tersebut memberi informasi profil permukaan benda seperti seberapa landai

dan ke mana arah kemiringan.

Pada saat dilakukan pengamatan, lokasi permukaan benda yang ditembak

dengan berkas elektron di-scan ke seluruh area daerah pengamatan. Lokasi

pengamatan dapat dibatasi dengan melakukan zoon-in atau zoom-out.

Berdasarkan arah pantulan berkas pada berbagai titik pengamatan maka profil

permukan benda dapat dibangun menggunakan program pengolahan gambar

dalam komputer. Secara umum skema alat SEM dapat dilihat pada gambar

berikut.

2. Mikroskop Optik

Seperti juga SEM, fungsi utama mikroskop optik adalah untuk menghasilkan

gambar permukaan mikrostruktur dari suatu spesimen dengan tingkat

pembesaran yang lebih kecil dari SEM. Selain itu, mikroskop optik dapat

digunakan untuk mengetahui :

- jenis fasa/struktur mikro dengan identifikasi struktur mikro

- komposisi struktur mikro material

- besar butir material

Secara umum, prinsip utama dari mikroskop optik adalah dengan menggunakan

cahaya sebagai sumber untuk mengidentifikasi spesimen. Spesiman yang disinari

oleh cahaya akan dipantulkan melalui lensa-lensa sehingga mengalami

pembesaran dan digunakan untuk mengidentidikasi mikrostruktur material.

Secara umum, skema mikroskop optik dapat dilihat pada gambar berikut.

3. XRD dan XRF

Dalam analisis kerusakan, XRD memiliki fungsi utama :

- untuk menentukan struktur kristal :

a. bentuk dan ukuran sel satuan kristal (d, sudut dan panjang ikatan)

b. pengindeksan bidang kristal

c. jumalh atom per-sel satuan

- Untuk analisis kimia

a. Identifikasi/penentuan jenis kristal

b. Penentuan kemurnian relatif dan derajat kristalinitas sampel

c. Deteksi senbyawa baru

d. Deteksi kerusakan oleh suatu perlakuan

Sedangkan XRF memiliki fungsi utama dapat menganalisis kandungan unsur-

unsur yang ada pada suatu spesimen. Prinsip dasar cara kerja antara XRF dan

XRD cukup mirip dimana menggunakan hasil interaksi radiasi sinar-X dengan

spesimen.

Apabila radiasi sinar-X menumbuk suatu materi maka akan terjadi suatu reaksi

diantaranya diserap, ditransmisikan ataupun dipantulkan. Pada XRD, sinar-X

yang dipantulkan oleh kisi kristal akan memiliki suatu sudut tertentu yang dapat

digunakan untuk mengidentifikasi arah kristal dan komposisi dari spesimen

tersebut. Hal ini dapat dilihat pada gambar berikut.

Sedangkan pada XRF, interaksi sinar-X dengan spesimen akan dapat

mengionisasi elektron atau menurunkun elektron ke tingkat kulit yang lebih

dalam dan menghasilkan sinar-X karakteristik yang sangat spesifik untuk tiap

jenis unsur. Dengan mengidentidikasi sinar-X karakteristik tersebut maka dengan

XRF dapat ditentukan komposisi unsur yang ada pada spesimen tersebut.

3. Gambarkan skematis perbedaan prinsip kerja antara OM dan SEM

Secara skematis, perbedaan prinsip kerja antara OM dan SEM dapat dilihat pada

gambar berikut.

Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa mikroskop optik memiliki skema peralatan

dan cara kerja yang berbeda dengan SEM. Prinsip kerja seara umum untuk

mikroskop optk dan SEM telah dijelaskan pada pertanyaan sebelumnya. Secara

umum perbedaan antara mikroskop optik dan SEM adalah sebagai berikut.

Sebagai contoh, perbandingan gambar yang dihasilkan antara mikroskop optik dan

SEM adalah sebagai berikut.

4. Jelaskan hasil apa saja yang akan diperoleh dari analisa kerusakan material dengan

menggunakan ketiga tools diatas.

1. SEM

Penggunaan SEM dalam analisa kerusakan material sangatlah luas, diantaranya

adalah sebagai berikut :

- Memberikan gambar yang memiliki tingkat pembesaran dan resolusi

yang lebih tinggi dari mikroskop optik. Hal ini menjadikan SEM sebuah

tools yang penting untuk melihat mikrostruktur material dalam analisa

kerusakan.

- Dapat membedakan jenis patahan dari permukaan material misalnya

apakah material mengalami patah ductile, patah getas, patah akibat fatiq

dan sebagainya.

- Dengan BSE dapat digunakan untuk melihat composition contrast

- Dapat digunakan untuk memperkirakan awal mula retakan pada suatu

material

- Dengan EDS dapat digunakan untuk mengetahui komposisi kimia pada

suatu spot tertentu

2. Mikroskop Optik

Dengan menggunakan mikroskop optik dalam analisa kerusakan, dapat

diperoleh informasi sebagai berikut :

- Dengan menggunakan mikroskop optik secara makro, dapat digunakan

untuk melihat perbedaan jenis patahan.

- Untuk melihat struktur mikro dari spesimen

3. XRD dan XRF

Dengan menggunakan XRD, akan dapat diketahui arah kristal material dan juga

komposisi dari spesiemn tersebut.

- Material single kristal akan memberikan sudut difraksi yang tunggal jika

dibandingkan dengan material multi kristal

Dengan menggunakan XRF, maka akan dapat diperoleh informasi terkait dengan

kompsosisi unsur yang ada pada suatu spesimen.

5. Jelaskan perbedaan antara Secondary Electron (SE) dan Quick Back Scatter Electron

(QBSE) padahasil pengamatan permukaan material logam.

Jenis elekteon yang ditangkap oleh detektor memiliki fungsi yang berbeda antara

yang satiu dan lainnya. Hal ini menyebabkan diperlukan jenis detektor yangberbeda

diantara jenis elektron yang dipantulkan. Untuk secondary electron dan Quick Back

Scatter Electron, perbedaannya adalah sebagai berikut.

- Secondary electron akan ditangkap oleh Secondary electron detector dan

akan memberikan image yang menggambarkan gelap terang material

berfdasakan tinggi rendahnya permukaan material tersebut atau yang biasa

disebut dengan topografi permukaan material.

- Quick Back Scatter Electron akan ditangkap oleh Electron Back Scatter

Detector dan akan memberikan image yang menggambarkan gelap terang

material berfdasakan dari nomor ataom dan topografi. Jadi dengan

menggunakan BSE, maka SEM dapat digunakan untuk membedakan fasa

pada permukaan material;.