analisis variasi waktu aging terhadap kekuatan tarik, ketahanan...

ANALISIS VARIASI WAKTU AGING TERHADAP

KEKUATAN TARIK, KETAHANAN KOROSI, DAN

STRUKTUR MIKRO PADUAN TITANIUM Ti-6Al-7Nb

UNTUK IMPLAN HIP JOINT

Skripsi

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Sains

(S.Si)

Oleh:

QONITA SARAH

NIM. 11150970000045

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA

2019 M / 1441 H

ii

LEMBAR PERSETUJUAN

ANALISIS VARIASI WAKTU AGING TERHADAP KEKUATAN TARIK,

KETAHANAN KOROSI, DAN STRUKTUR MIKRO PADUAN TITANIUM

Ti-6Al-7Nb UNTUK IMPLAN HIP JOINT

Skripsi

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Sains (S.Si)

Oleh:

QONITA SARAH

NIM: 11150970000045

Menyetujui,

Mengetahui,

Pembimbing I,

Arif Tjahjono, M.Si

NIP. 19751107 200701 1 015

Pembimbing II,

Dr. Ir. I Nyoman Jujur, M.Eng

NIP. 19620930 198603 1 000

Ketua Program Studi Fisika

UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

Tati Zera, M.Si

NIP. 19690608 200501 2 002

iii

LEMBAR PENGESAHAN UJIAN

Skripsi berjudul “Analisis Variasi Waktu Aging terhadap Kekuatan Tarik,

Ketahanan Korosi, dan Struktur Mikro Paduan Titanium Ti-6Al-7Nb untuk Implan

Hip Joint” yang ditulis oleh Qonita Sarah dengan NIM 11150970000045 telah diuji

dan dinyatakan lulus dalam sidang Munaqasah Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta pada tanggal 18 November

2019. Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu syarat memperoleh gelar sarjana

Strata Satu (S1) Program Studi Fisika.

Jakarta, 18 November 2019

Menyetujui,

Mengetahui,

Penguji I,

Dr. Sitti Ahmiatri Saptari, M.Si

NIP. 19770416 200501 2 008

Penguji II,

Dr. Ir. Agus Budiono, M.T

NIP. 19620220 199003 1 002

Pembimbing I,

Arif Tjahjono, M.Si

NIP. 19751107 200701 1 015

Pembimbing II,

Dr. Ir. I Nyoman Jujur, M.Eng

NIP. 19620930 198603 1 000

Ketua Program Studi Fisika

Tati Zera, M.Si

NIP. 19690608 200501 2 002

iv

LEMBAR PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa:

1. Skripsi ini merupakan karya saya yang dibuat untuk memenuhi salah

satu persyaratan saya memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) di

Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta.

2. Semua sumber yang saya gunakan dalam penulisan ini telah saya

cantumkan sesuai dengan ketentuan yang berlaku di Universitas Islam

Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta.

3. Jika di kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan hasil karya saya

atau merupakan hasil jiplakan dari karya orang lain, maka saya bersedia

menerima sanksi yang berlaku di Universitas Islam Negeri Syarif

Hidayatullah Jakarta.

v

ABSTRAK

Telah dikembangkan material Ti-6Al-7Nb sebagai material alternatif untuk Ti-6Al-

4V. Unsur V sebagai penstabil β yang bersifat toksik pada paduan Ti-6Al-4V

digantikan dengan unsur Nb yang tidak bersifat toksik. Pada penelitian ini, telah

dilakukan pengujian terhadap kekuatan tarik, ketahanan korosi, dan struktur mikro

dari paduan Ti-6Al-7Nb yang telah mengalami variasi waktu aging. Prosesnya

diawali dengan pemanasan pada temperatur 970°C, ditahan selama 1 jam,

kemudian di-quenching di dalam gas argon hingga temperatur ruang. Selanjutnya,

paduan dipanaskan kembali hingga temperatur 550°C dengan variasi waktu aging

0, 4, 6, dan 8 jam. Dari hasil pengujian tarik, diketahui nilai kekuatan tarik tertinggi

pada waktu aging 6 jam sebesar 748 MPa dan kembali menurun pada waktu 8 jam

menjadi 696 MPa karena kondisi over aging. Nilai ketahanan korosi menunjukkan

bahwa aging 8 jam memiliki laju korosi paling rendah yaitu 3,5 MPY yang berarti

memiliki ketahanan korosi paling baik karena terbentuknya lapisan pasif Nb2O5

pada permukaan paduan sehingga korosi semakin sulit terjadi. Hasil tersebut juga

diperkuat oleh pengamatan struktur mikro melalui pengujian metalografi dan

karakterisasi XRD. Dari hasil metalografi diperoleh bahwa struktur mikro pada Ti-

6Al-7Nb berbentuk lamellar dan terdiri dari dua fase, yaitu fase α yang berwarna

terang dan fase β yang berwarna gelap. Hal ini didukung dari hasil karakterisasi

XRD yang menunjukkan fase yang terbentuk akibat variasi waktu aging yaitu fase

Ti-α yang berstruktur HCP (Hexagonal Close-Packed) dan fase Ti-β yang

berstruktur BCC (Body Centered Cubic). Fase Ti-α terdiri dari AlTi dan NbTi,

sedangkan fase Ti-β terdiri dari NbTi.

Kata kunci: Aging, Kekuatan Tarik, Laju Korosi, Solution Treatment, Struktur

Mikro, Ti-6Al-7Nb, XRD

vi

ABSTRACT

Ti-6Al-7Nb has been developed as an alternative material for Ti-6Al-4V. Element

V as β stabilizer which is toxic in Ti-6Al-4V alloy, is replaced by Nb element which

is not toxic. In this study, tensile strength, corrosion resistance, and microstructure

of Ti-6Al-7Nb alloy which have experienced aging variations were studied. The

process was begun with heating at 970°C, held for 1 hour, then quenched in Ar gas

to room temperature. Furthermore, the alloy was reheated to temperature 550°C

with aging time variations of 0, 4, 6, and 8 hours. From the results of tensile testing,

it was known that the highest tensile strength value is 748 MPa at aging time 6

hours, and decreases to 696 MPa at aging time 8 hours due to over aging conditions.

Corrosion resistances values indicated that aging for 8 hours had the lowest

corrosion rate of 3,5 MPY which mean it had the best corrosion resistance due to

the formation of a passive layer Nb2O5 on the alloy surface. The results were also

strengthened by microstructure observation through metallographic testing and

XRD characterization. From the metallographic results, it was obtained that the

microstructure on Ti-6Al-7Nb was lamellar and consisted of two phases, the light

colored α phase and the dark colored β phase. It was supported by the XRD

characterization results that showed the phases formed due to variations in aging

time were Ti-α phase which was HCP (Hexagonal Close-Packed) structure and Ti-

β phase which was BCC (Body Centered Cubic) structure. The Ti-α phase consisted

of AlTi and NbTi, and the Ti-β phase consisted of NbTi.

Keyword: Aging, Corrosion Rate, Microstructure, Solution Treatment, Tensile

Strength, Ti-6Al-7Nb, XRD

vii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur ke hadirat Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha

Penyayang atas limpahan rahmat, hidayah, dan karunia-Nya, sehingga penulis

dapat menyusun dan menyelesaikan skripsi tugas akhir yang berjudul “ANALISIS

VARIASI WAKTU AGING TERHADAP KEKUATAN TARIK,

KETAHANAN KOROSI, DAN STRUKTUR MIKRO PADUAN TITANIUM

Ti-6Al-7Nb UNTUK IMPLAN HIP JOINT”

Penulis mengucapkan terima kasih atas bantuan dari berbagai pihak

sehingga skripsi tugas akhir ini dapat diselesaikan dan disusun sebaik-baiknya.

Secara khusus penulis dengan segala kerendahan hati mengucapkan terima kasih

kepada:

1. Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan anugerah-Nya, sehingga

penulis dapat menyelesaikan skripsi tugas akhir ini.

2. Mamah, almarhum ayah, beserta keluarga besar yang selalu mendoakan,

menyayangi, dan mendukung penulis dari segi moril maupun materil.

3. Ibu Tati Zera, M.Si selaku Kepala Program Studi Fisika Universitas Islam

Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta.

4. Bapak Arif Tjahjono, M.Si selaku dosen pembimbing pertama yang selalu

memberikan saran dan bimbingannya dalam penelitian dan penulisan.

5. Bapak Dr. Ir. I Nyoman Jujur, M.Eng selaku pembimbing kedua di Pusat

Teknologi Material – BPPT, yang telah memberikan pengetahuan dan arahan

dalam penelitian ini.

6. Ibu Dr. Sitti Ahmiatri Saptari, M.Si dan Bapak Dr. Ir. Agus Budiono, M.T

selaku dosen penguji dalam sidang munaqasyah.

viii

7. Mba Damisih, M.Sc selaku Pembimbing Harian di PTM – BPPT yang selalu

dengan sabar membimbing penulis pada penelitian tugas akhir ini.

8. Fisika UIN Jakarta 2015 khususnya Adya, Zikri, Gizel, Zahra; Tiara selaku

rekan seperjuangan di PTM-BPPT; Ihsan, yang selalu membantu penulis dalam

penyusunan skripsi ini baik secara langsung maupun tidak langsung.

Penulis menyadari dalam penyusunan skripsi tugas akhir ini tak luput dari

kesalahan dan masih banyak kekurangannya, namun penulis telah berusaha dengan

sebaik-baiknya. Untuk menyempurnakannya, penulis dengan senang hati menerima

segala kritik dan saran yang membangun dari semua pihak. Semoga skripsi tugas

akhir ini bermanfaat bagi penulis khususnya dan bagi pembaca pada umumnya.

Jakarta, 18 November 2019

Penulis

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PERSETUJUAN.................................................................................... ii

LEMBAR PENGESAHAN UJIAN ....................................................................... iii

LEMBAR PERNYATAAN ................................................................................... iv

ABSTRAK .............................................................................................................. v

ABSTRACT ........................................................................................................... vi

KATA PENGANTAR .......................................................................................... vii

DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ................................................................................................. xii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

1.1. Latar Belakang ......................................................................................... 1

1.2. Perumusan Masalah .................................................................................. 4

1.3. Batasan Masalah ....................................................................................... 4

1.4. Tujuan Penelitian ...................................................................................... 4

1.5. Manfaat Penelitian .................................................................................... 5

1.6. Sistematika Penulisan ............................................................................... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 7

2.1. Titanium dan Paduannya .......................................................................... 7

2.1.1. Unsur Penstabil pada Paduan Titanium ............................................ 9

2.1.2. Klasifikasi Paduan Titanium ........................................................... 10

2.1.3. Paduan Titanium sebagai Biomaterial untuk Implan ...................... 11

x

2.2. Sendi Panggul (Hip Joint) ...................................................................... 15

2.3. Perlakuan Panas (Heat Treatment) Paduan Titanium α+β ..................... 17

2.3.1 Solution Heat Treatment (Perlakuan Panas Pelarutan) ................... 18

2.3.2 Quenching (Pendinginan Cepat) ..................................................... 19

2.3.3 Aging (Penuaan) .............................................................................. 19

2.4. Kekuatan Tarik Ti-6Al-7Nb ................................................................... 20

2.5. Ketahanan Korosi Ti-6Al-7Nb ............................................................... 23

2.6. Struktur Mikro Ti-6Al-7Nb .................................................................... 28

2.6.1 Metalografi ...................................................................................... 29

2.6.2 Karakterisasi XRD (X-Ray Diffraction) .......................................... 31

BAB III METODE PENELITIAN........................................................................ 34

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ................................................................ 34

3.2. Alat dan Bahan Penelitian ...................................................................... 34

3.3. Variabel Penelitian ................................................................................. 35

3.4. Tahapan Penelitian ................................................................................. 35

3.4.1 Sampel Uji ....................................................................................... 36

3.4.2 Pembuatan Larutan.......................................................................... 42

3.5. Pengujian Bahan ..................................................................................... 43

3.5.1 Pengujian Tarik ............................................................................... 43

3.5.2 Pengujian Korosi ............................................................................. 44

3.5.3 Pengamatan Struktur Mikro ............................................................ 46

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 48

4.1. Hasil Pengujian Tarik Ti-6Al-7Nb ......................................................... 48

xi

4.2. Hasil Pengujian Korosi Ti-6Al-7Nb ....................................................... 51

4.3. Hasil Pengamatan Struktur Mikro .......................................................... 55

4.3.1 Hasil Pengujian Metalografi ........................................................... 55

4.3.2 Hasil Karakterisasi XRD ................................................................. 58

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 63

5.1. Kesimpulan ............................................................................................. 63

5.2. Saran ....................................................................................................... 63

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 64

LAMPIRAN .......................................................................................................... 69

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1

Tabel 2.2

Tabel 2.3

Tabel 2.4

Tabel 2.5

Tabel 3.1

Tabel 4.1

Tabel 4.2

Tabel 4.3

Tabel 4.4

Table 4.5

Tabel A.1

Tabel B.1

Tabel B.2

Komposisi Kimia Paduan Ti-6Al-7Nb………………………

Ukuran Standar Sampel Uji Tarik…………………………...

Hasil Pengujian Tarik Paduan Ti-6Al-7Nb dengan Solution

Treatment 970 °C selama 1 jam, pendinginan dalam air, dan

Aging………………………………………………………...

Komposisi Larutan Hanks…………………………………...

Nilai Konstanta dalam Persamaan Faraday………………….

Komposisi Larutan…………………………………………..

Kekuatan Tarik Ti-6Al-7Nb dengan Variasi Waktu Aging….

Laju Korosi Ti-6Al-7Nb dengan Variasi Waktu Aging……...

Ketahanan Korosi Relatif…………………………………….

Parameter Struktural Paduan Ti-6Al-7Nb dari Pengujian

XRD………………………………………………………….

Komposisi Fasa α dan Fasa β akibat Pengaruh Waktu Aging…

Hasil Pengujian Tarik………………………………………...

Hasil Pengujian Korosi……………………………………….

Perhitungan Laju Korosi……………………………………..

14

21

22

26

28

34

49

51

53

59

60

69

74

75

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1

Gambar 2.2

Gambar 2.3

Gambar 2.4

Gambar 2.5

Gambar 2.6

Gambar 2.7

Gambar 2.8

Gambar 2.9

Gambar 2.10

Gambar 2.11

Gambar 2.12

Gambar 2.13

Struktur Kristal Titanium (a) HCP untuk fasa alfa dan (b)

BCC untuk fasa beta………………………………………

Biokompabilitas dari Unsur Paduan Titanium…………….

Sendi Panggul (Hip Joint) Normal………………………..

Sendi Panggul Buatan…………………………………….

Skema Perlakuan Panas Solution Treatment and Aging

pada Paduan Titanium α+β………………………………..

Spesimen Uji Tarik………………………………………..

Diagram Fase Paduan Titanium…………………………...

Kurva Polarisasi Hot Rolled Ti-6Al-7Nb dalam larutan

Ringer dengan scan rate 1 mV/s, pendinginan dalam

furnace, dengan variasi temperatur solution treatment di

daerah α+β………………………………………………...

Hasil SEM (a) Struktur Lamellar, (b) Struktur Bimodal….

Struktur mikro Ti-6Al-7Nb yang diperoleh setelah

dipanaskan pada temperatur 970 °C, ditahan selama 1 jam,

pendinginan di dalam air, dan penuaan (aging) selama 5

jam pada temperatur 450°C……………………………..

Struktur Mikro As-Cast Ti-6Al-7Nb………………………

Prinsip Kerja XRD………………………………………...

Pola Difraksi dari Cp-Ti, Ti-6Al-4V, dan Ti-6Al-7Nb…….

8

14

15

17

18

21

23

27

29

30

31

32

33

xiv

Gambar 3.1

Gambar 3.2

Gambar 3.3

Gambar 3.4

Gambar 3.5

Gambar 3.6

Gambar 3.7

Gambar 3.8

Gambar 3.9

Gambar 3.10

Gambar 3.11

Gambar 3.12

Gambar 3.13

Gambar 3.14

Gambar 3.15

Gambar 3.16

Gambar 3.17

Diagram Alir Penelitian…………………………………...

Skema Perlakuan Panas Solution Treatment and Aging

pada Penelitian Paduan Ti-6Al-7Nb………………………

Sampel Pengujian Tarik Sesuai ASTM E8……………….

Pengukuran (a) Diameter, (b) Gauge Length……………...

Sampel Uji Korosi………………………………………...

Mesin Pemotong Metkon Mitracut 152……….…………..

(a) EpoFix Resin dan EpoFix Hardener, (b) Sampel yang

Telah Dilakukan Proses Mounting………………………...

Mesin Grinding dan Polishing Struers Tegramin-25……...

Sampel yang Telah Dilakukan Proses Etsa………………..

Sampel Karakterisasi XRD………………………………..

(a) Proses Pembuatan Larutan Etsa, (b) Larutan Dix Keller

Reagent……………………………………………………

(a) Pengukuran pH menggunakan pH meter Lutron PH-

222, (b) Larutan Hanks……………………………………

(a) Mesin Uji Tarik Shimadzu Universal Testing Machine,

(b) Sampel yang Sudah Putus dari Hasil Uji Tarik……….

Rangkaian Komponen Uji Korosi…………………………

Proses Pengujian Korosi Menggunakan Instrumen Zahner

Zennium Electrochemical Workstation…………………...

Mikroskop Optik Hirox KH-8700 3D Digital…………….

Shimadzu XRD 7000….…………………………………...

36

37

37

38

38

39

39

40

41

41

42

43

44

45

45

46

47

xv

Gambar 4.1

Gambar 4.2

Gambar 4.3

Gambar 4.4

Gambar 4.5

Gambar 4.6

Gambar 4.7

Gambar 4.8

Kurva Stress-Strain Sampel Ti-6Al-7Nb Solution

Treatment 970°C, tanpa Aging……………………………

Grafik Kekuatan Tarik Maksimum dengan Variasi Waktu

Aging………………………………………………………

Grafik Laju Korosi dengan Variasi Waktu Aging…...……

Kurva Polarisasi Potensiodinamik Padan Ti-6Al-7Nb

dengan Variasi Waktu Aging……………………………...


dipanaskan pada temperatur solution treatment 970°C,

ditahan selama 1 jam, pendinginan dalam gas argon, dan

tanpa proses aging…………………………………………




aging pada temperatur 550°C selama 4 jam……………….









48

50

51

54

56

56

57

57

xvi

Gambar 4.9

Gambar 4.10

Gambar A.1

Gambar A.2

Gambar A.3

Gambar A.4

Diagram Batang Komposisi Ti-α dan Ti-β Paduan Ti-6Al-

7Nb dengan Variasi Waktu Aging…………………………

Pola Difraksi Paduan Ti-6Al-7Nb dengan Variasi Waktu

Aging……………………………………………………....


Treatment 970°C, tanpa Aging…………………………….


Treatment 970°C, Aging 550 °C selama 4 Jam…………….





61

62

70

71

72

73

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Sendi panggul (hip joint) adalah salah satu jenis sendi peluru yang

menghubungkan pinggul dan pangkal tulang paha atas. Sendi panggul merupakan

salah satu sendi yang sangat penting untuk mendukung aktivitas sehari-hari

sehingga harus dalam kondisi yang baik. Faktor-faktor yang dapat menyebabkan

kerusakan pada sendi antara lain faktor usia, kecelakaan, ataupun faktor penyakit

seperti osteoporosis, arthtritis, trauma, dan tumor. Pada kondisi yang sangat rusak,

perlu dilakukan penggantian total sendi panggul (total hip replacement) dengan

menggunakan sendi panggul buatan [1].

Untuk mengatasi berbagai permasalahan penyakit tulang dan sendi, pada

bidang rekayasa telah berhasil dikembangkan suatu material implan yang bertujuan

untuk mengganti jaringan yang rusak, material ini disebut biomaterial. Secara

umum biomaterial adalah semua material yang digunakan dalam tubuh manusia

sebagai penguat atau pengganti jaringan tubuh yang terserang penyakit, cacat atau

rusak, dan dapat diterima dengan baik oleh tubuh. Sedangkan implan adalah suatu

alat medis yang ditempatkan di dalam tubuh untuk mengganti fungsi organ atau

organ tubuh yang sudah rusak.

Material yang digunakan sebagai implan diharapkan tidak bersifat toksik

dan tidak menyebabkan reaksi peradangan ataupun alergi pada tubuh manusia.

Keberhasilan biomaterial tergantung dengan reaksi tubuh manusia terhadap implan,

2

hal inilah yang mengukur biokompabilitas material tersebut. Dua faktor utama yang

mempengaruhi biokompabilitas suatu material adalah respon tubuh manusia dan

degradasi material di dalam tubuh. Ketika implan bersentuhan langsung dengan

jaringan dan cairan tubuh manusia, beberapa reaksi akan terjadi antara tubuh

dengan material implan, reaksi inilah yang menentukan apakah material tersebut

diterima oleh sistem tubuh manusia [2].

Biomaterial yang terbuat dari logam lebih banyak digunakan dalam

aplikasi biomedis khususnya pada pembuatan implan ortopedi, dibandingkan

dengan biomaterial yang terbuat dari keramik dan polimer. Hal ini dikarenakan

logam memiliki sifat mekanik yang lebih baik dari segi kekuatan, kekerasan,

ketangguhan patah, kekuatan lelah, ketahanan korosi, dan biokompatibilitas. Jenis

logam yang saat ini paling banyak digunakan untuk aplikasi biomedis adalah

titanium murni dan paduan titanium [3].

Pengembangan titanium murni maupun paduan titanium yang digunakan

sebagai bahan implan karena memiliki biokompatibilitas dan ketahanan korosi yang

lebih baik. Titanium memiliki biokompatibilitas yang baik ditandai dengan

pembentukan lapisan oksida yang stabil pada permukaannya [4]. Titanium murni

atau Commercially Pure Titanium (CP Ti) digunakan sebagai alternatif dari

stainless steel 316L atau paduan Co-Cr, karena stainless steel 316L atau paduan

Co-Cr mengandung beberapa unsur yang berbahaya seperti Ni, Co, dan Cr. Namun

demikian, sifat mekanik dari CP Ti tidak dapat memenuhi kebutuhan biomaterial

dalam beberapa kasus ketika kekuatan tinggi diperlukan seperti pada penggantian

jaringan keras.

3

Untuk mengatasi hal tersebut, CP Ti digantikan oleh paduan Ti tipe α + β,

khususnya paduan Ti-6Al-4V. Namun, paduan Ti-6Al-4V terdiri dari unsur

sitotoksik yaitu V yang dapat menimbulkan beberapa masalah ketika ditempatkan

di dalam tubuh manusia [5]. Oleh karena itu, telah dikembangkan paduan tipe α +

β baru yaitu Ti-6Al-7Nb. Unsur V sebagai penstabil β yang bersifat toksik pada

paduan Ti-6Al-4V digantikan dengan unsur Nb yang tidak bersifat toksik [6].

Titanium paduan tipe α+β merupakan padudan titanium yang paling banyak

digunakan sebagai implan pengganti tulang yang patah. Titanium paduan tipe ini

memiliki kekakuan yang lebih rendah dari paduan jenis Co-Cr dan baja tahan karat

yang telah digunakan untuk aplikasi biomedis selama ini [7].

Pada penelitian ini, material implan yang akan digunakan untuk aplikasi

sendi panggul (hip joint) adalah Ti-6Al-7Nb yang merupakan paduan titanium jenis

α+β. Prinsip penggunaan logam sebagai biomaterial untuk aplikasi implan ortopedi

didasarkan pada kemampuan biomekanik, biokimia, dan biokompabilitasnya

terhadap tubuh manusia. Perlakuan panas (heat treatment) merupakan salah satu

cara untuk meningkatkan sifat mekanik dan mengontrol struktur mikro dari paduan

titanium. Oleh karena itu, dilakukannya penelitian ini untuk mengetahui pengaruh

variasi waktu aging di dalam proses perlakuan panas terhadap kekuatan tarik,

ketahanan korosi, dan struktur mikro dari paduan titanium Ti-6Al-7Nb. Proses

aging dilakukan pada temperatur 550 °C dengan variasi waktu aging 0, 4, 6, dan 8

jam, dalam kondisi solution treatment pada temperatur 970 °C.

4

1.2. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan di atas, adapun

perumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana kekuatan tarik paduan Ti-6Al-7Nb yang telah mengalami

variasi waktu aging selama 0, 4, 6, dan 8 jam?

2. Bagaimana ketahanan korosi paduan Ti-6Al-7Nb yang telah mengalami

variasi waktu aging selama 0, 4, 6, dan 8 jam?

3. Bagaimana struktur mikro yang terbentuk pada paduan Ti-6Al-7Nb yang

telah mengalami variasi waktu aging selama 0, 4, 6, dan 8 jam?

1.3. Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Temperatur solution heat treatment yang digunakan adalah 970°C, ditahan

selama 1 jam, dan pendinginan di dalam gas argon.

2. Variasi waktu tahan proses aging selama 0, 4, 6, dan 8 jam pada temperatur

550°C.

3. Pengujian korosi dilakukan di dalam larutan Hanks yang sejenis dengan

cairan tubuh dengan pH ±7,4.

4. Larutan etsa yang digunakan pada pengujian metalografi adalah larutan

Dix Keller Reagent.

1.4. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Mengetahui kekuatan tarik paduan Ti-6Al-7Nb yang telah mengalami

variasi waktu aging selama 0, 4, 6, dan 8 jam.

5

2. Mengetahui ketahanan korosi paduan Ti-6Al-7Nb yang telah mengalami

variasi waktu aging selama 0, 4, 6, dan 8 jam.

3. Mengamati struktur mikro dari hasil metalografi dan karakterisasi XRD

pada paduan Ti-6Al-7Nb yang telah mengalami variasi waktu aging

selama 0, 4, 6, dan 8 jam.

1.5. Manfaat Penelitian

Pada penelitian ini manfaat yang dapat diperoleh yaitu sebagai berikut:

1. Hasil analisis dapat digunakan untuk menentukan waktu aging terbaik

pada paduan Ti-6Al-7Nb.

2. Menghasilkan paduan Ti-6Al-7Nb yang memiliki sifat optimal sehingga

dapat digunakan sebagai implan dalam jangka waktu yang lama di dalam

tubuh manusia.

1.6. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Pada bab ini akan dibahas tentang latar belakang permasalahan, perumusan

masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan

sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini,

antara lain: Titanium dan Paduannya, Sendi Panggul (Hip Joint),

Perlakuan Panas Solution Treatment and Aging (STA), Kekuatan Tarik,

6

Ketahanan Korosi, serta Struktur Mikro melalui metalografi dan

karakterisasi XRD.

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini berisi tentang waktu dan tempat penelitian, peralatan dan

bahan penelitian yang digunakan, dan tahapan penelitian.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini berisi tentang data yang didapat dari pengujian yang

dilakukan, serta pembahasan dari hasil pengujian tersebut. Data-data

tersebut meliputi hasil pengujian berupa kekuatan tarik, ketahanan korosi,

serta struktur mikro dari hasil pengujian metalografi dan karakterisasi

XRD.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini berisi kesimpulan dari hasil penelitian yang menjawab tujuan

penelitian dan juga berisi saran untuk penelitian selanjutnya yang akan

datang.

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Titanium dan Paduannya

Pada tahun 1791, William Gregor seorang pendeta Inggris, ahli mineral,

dan ahli kimia pertama kali menemukan titanium. Ia memeriksa pasir magnet dari

sungai Helford, Cornwall, Inggris, dan menemukan ilmenite. Beberapa tahun

kemudian, seorang ahli kimia Jerman bernama Heinrich Klaproth menemukan

titanium oksida yang dikenal sebagai rutile. Kemudian ia menamakannya titanium

yang dalam bahasa lain berarti bumi, yang juga terinspirasi dari mitologi Yunani

yaitu titans [8].

Titanium merupakan logam yang cerah dan berwarna putih dalam keadaan

murni dan merupakan salah satu logam transisi bernomor atom 22 yang bersifat

kuat, ringan, dan tahan terhadap korosi. Ketahanan korosi yang baik dari titanium

disebabkan oleh kemampuannya untuk membentuk lapisan oksida pada

permukaannya. Namun, titanium bukanlah konduktor yang baik, daya hantar

listriknya hanya 3,1%. Titanium juga termasuk logam para-magnetik, karena

memiliki sifat kemagnetan yang kurang baik [9].

Titanium bukan unsur langka karena merupakan unsur kesembilan yang

paling melimpah dan logam struktural keempat yang paling melimpah di kerak

bumi setelah aluminium, besi, dan magnesium. Namun, titanium tidak dapat

ditemukan dalam keadaan murni melainkan selalu berikatan dengan mineral lain

seperti rutile, ilmenite, leucoxene, anatase, brookite, perovskite, dan sphene.

8

Dengan demikian, proses untuk mendapatkan titanium murni sangat sulit sehingga

membuat harga titanium menjadi mahal [8]. Titanium memiliki titik leleh lebih dari

1660 °C atau 3000 °F, namun sebagian besar paduan titanium komersial memiliki

titik leleh 538 °C atau 1000 °F. Karakteristik titanium yang paling terkenal adalah

bersifat sama kuat dengan baja namun beratnya hanya 60% dari berat baja. [10].

Gambar 2. 1 Struktur Kristal Titanium (a) HCP untuk Fase Alfa dan (b) BCC untuk Fase

Beta [11].

Titanium bersifat allotrophy, yaitu memiliki dua struktur kristal pada

temperatur yang berbeda. Ketika berada pada temperatur ruang, struktur kristal

titanium murni adalah HCP (Hexagonal Close-Packed) dan berfase alfa (α). Ketika

berada pada temperatur yang lebih tinggi, struktur kristalnya berubah menjadi BCC

(Body Centered Cubic) dan berfase beta (β). Temperatur transformasi dari alfa

menjadi beta disebut beta transus. Fasa alfa berubah menjadi beta pada temperatur

1620°F sampai titik leleh (3130°F), yang dipengaruhi oleh paduan atau pengotor

yang dapat menaikkan atau menurunkan temperatur beta transus tersebut [12].

9

2.1.1. Unsur Penstabil pada Paduan Titanium

Paduan titanium membutuhkan penstabil α dan β untuk menstabilkan

berbagai fase di dalamnya yang dapat mengubah sifat-sifatnya dalam proses

perlakuan panas (heat treatment), sehingga dapat diperoleh sifat akhir yang

diinginkan dari paduan tersebut. Jika paduan akan berada pada temperatur tinggi,

maka dibutuhkan penstabil α atau β untuk mencegah terjadinya perubahan fase

yang mengakibatkan distorsi [11].

A. Penstabil α

Penstabil α dapat menaikkan temperatur beta transus. Penstabil α memiliki

elemen paduan substitusi dan intertisi. Elemen paduan substitusi adalah Al, Ga, dan

Ge, aluminium adalah elemen yang paling banyak digunakan karena memiliki

kelarutan yang baik dalam fase α dan β, elemen paduan subtsitusi lainnya yaitu Ga

dan Ge memiliki kelarutan yang lebih rendah dibanding Al. Sedangkan elemen

paduan interstisi adalah O, N, dan C yang semuanya merupakan penstabil α yang

kuat, unsur-unsur ini cenderung lebih kuat namun juga dapat menurunkan keuletan

paduan titanium. Aluminium sebagai penstabil α utama, dikenal untuk

meningkatkan kekuatan tarik dan kekuatan mulur titanium.

B. Penstabil β

Penstabil β dapat menurunkan temperatur beta transus. Secara umum

penstabil β merupakan logam transisi yang dibagi menjadi 2 kategori yaitu β-

isomorphous yang memiliki kelarutan padatan yang baik pada fase β dan β-

eutectoid yang kelarutannya lebih terbatas. Elemen penstabil β-isomorphous yang

10

digunakan dalam paduan titanium antara lain V, Nb, dan Mo. Sedangkan pada

penstabil β-eutectoid, elemen penstabil nya adalah Cr, Fe, Si, dan H.

2.1.2. Klasifikasi Paduan Titanium

Titanium dan paduannya dapat diklasifikasikan berdasarkan fase yang

dominan atau jumlah α dan β di dalam strukturnya pada temperatur ruang, antara

lain paduan α, paduan α+β, dan paduan β.

A. Paduan α

Paduan α merupakan paduan fase tunggal yang memiliki kestabilan dan

sifat yang baik pada temperatur tinggi. Namun, paduan α tidak dapat diberi

perlakuan panas (heat treatment) untuk mengontrol struktur mikronya. Paduan ini

memiliki struktur kristal yang dominan yaitu HCP (hexagonal close-packed) pada

temperatur ruang [13]. Secara umum, paduan α memiliki ketangguhan dan

ketahanan mulur yang baik. Paduan alfa juga memiliki kemampuan las yang sangat

baik, namun kemampuan tempanya lebih buruk daripada paduan β, sifat inilah yang

membuat paduan α rentan terhadap cacat-cacat penempaan. [9].

B. Paduan α+β

Paduan α+β merupakan fase campuran α dan β. Paduan ini memiliki

kombinasi kekuatan dan keuletan yang baik [13]. Sifat-sifat dari paduan ini dapat

disesuaikan dengan perlakuan panas untuk mendapatkan struktur mikro yang sesuai

dengan aplikasi penggunaan akhir dari paduan [14]. Paduan ini dapat diberikan

perlakuan panas berupa perlakuan pelarutan (solution treatment) yang diikuti

dengan penuaan (aging) sehingga dapat membentuk fase α yang halus dan tersebar

merata pada fase β. Paduan α+ β memiliki kekuatan yang lebih tinggi dibandingkan

11

dengan paduan α atau paduan β, namun memiliki ketahanan mulur yang lebih

rendah daripada paduan α [9].

C. Paduan β

Paduan β memiliki kemampuan tempa yang sangat baik pada berbagai

temperatur dibandingkan dengan paduan alfa. Paduan ini dapat diberikan perlakuan

panas untuk meningkatkan sifat mekanik dan mengontrol struktur mikronya.

Perlakuan panas yang dapat diberikan pada paduan ini berupa perlakuan pelarutan

(solution treatment) yang diikuti dengan penuaan (aging). Paduan ini bersifat

sangat kuat namun keuletan dan ketahanan lelahnya rendah [9].

2.1.3. Paduan Titanium sebagai Biomaterial untuk Implan

Material yang digunakan sebagai implan yang ditempatkan di dalam tubuh

manusia memiliki beberapa karakteristik. Dari segi biologis, implan harus bersifat

non toksik, non karsinogenik, dan tidak menimbulkan reaksi alergi atau respon

imflamasi berkelanjutan (prolonged inflammatory response). Dari segi kimia,

implan harus bersifat inert (tidak bereaksi) dan tahan terhadap korosi. Dari segi

mekanis, implan harus memiliki kekuatan yang tinggi dan ketangguhan patah yang

baik. Sifat yang paling utama adalah implan harus memiliki biokompabilitas yang

tinggi [15].

Titanium dan paduannya sangat banyak digunakan di bidang implan medis

karena sifat mekaniknya yang unik dan ketahanan terhadap korosinya. Selain itu,

titanium dan paduannya tidak menimbulkan respon alergi bagi tubuh manusia.

Titanium dan paduannya merupakan biomaterial logam yang paling toleran untuk

12

digunakan dalam tubuh manusia [16]. Ketahanan korosi yang baik ini disebabkan

karena pembentukan lapisan tipis oksida pada permukaannya [9].

Di bidang aplikasi biomedis, titanium telah banyak digunakan untuk

perangkat prostetik untuk implan tulang dan sendi, katup jantung, dan implan gigi.

Untuk implan sendi panggul, pada awalnya terbuat dari logam seperti paduan

titanium dan baja tahan karat yaitu Co-Cr. Namun untuk mendapatkan hasil yang

lebih baik, paduan titanium lebih disarankan karena memiliki biokompabilitas yang

baik, ketahanan terhadap korosi yang tinggi, dan sifat mekanik yang lebih baik.

Selain itu, implan dari paduan titanium juga tidak bersifat feromagnetik dan tidak

membahayakan pasien sehingga dapat dijadikan alternatif dari baja tahan karat

untuk pasien yang memiliki alergi terhadap nikel [17].

Penggunaan titanium dan paduannya yang akan digunakan sebagai implan

harus memiliki kekuatan tinggi dan modulus rendah yang mendekati sifat mekanik

tulang manusia sebenarnya [5]. Saat ini, hanya tiga paduan titanium yang digunakan

secara luas dalam industri implan, yaitu CP-Ti (Commercially Pure Titanium), Ti-

6Al-4V, dan paduan yang baru dikembangkan yaitu Ti-6Al-7Nb [13].

A. Cp-Ti

Cp-Ti merupakan biomaterial yang paling banyak digunakan sebagai

pengganti stainless steel 316L dan paduan Co-Cr, karena Cp-Ti memiliki

biokompatibilitas dan ketahanan korosi yang lebih baik. Selain itu, stainless steel

dan paduan Co-Cr biasanya mengandung unsur-unsur yang berbahaya seperti Ni,

Co, dan Cr [5]. Namun, Cp-Ti memiliki beberapa kekurangan antara lain

kekuatannya rendah, kesulitan dalam proses pemrosesan, dan memiliki ketahanan

13

aus yang buruk. Oleh karena itu, Cp-Ti masih tidak mencukupi untuk digunakan

untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan tinggi [18].

B. Ti-6Al-4V

Ti-6Al-4V merupakan paduan tipe α+β yang digunakan untuk

menggantikan Cp-Ti karena biokompatibilitasnya yang lebih baik sehingga Ti-6Al-

4V telah menjadi biomaterial utama dari paduan titanium dalam jangka waktu yang

lama [3]. Namun, keberadaan unsur vanadium dapat membahayakan apabila ion

dari unsur tersebut masuk ke dalam jaringan manusia karena bersifat toksik, yang

dapat menyebabkan masalah di dalam tubuh seperti gangguan neurologis. Untuk

penggunaan jangka panjang, paduan Ti-6Al-4V dapat memberi beban pada tulang

yang dapat menyebabkan terjadinya resorpsi tulang sehingga dapat melonggarkan

implan [18], [19].

C. Ti-6Al-7Nb

Ti-6Al-7Nb merupakan paduan titanium tipe α+β yang dikembangkan

sebagai pengganti Ti-6Al-4V yang secara klinis digunakan sejak tahun 1986,

karena niobium memiliki biokompatibilitas yang lebih baik dan lebih murah

daripada vanadium. Niobium menunjukkan efek yang mirip dengan vanadium

untuk menstabilkan fase beta pada paduan tipe α+β [18]. Ti-6Al-7Nb memiliki

biokompatibilitas yang lebih baik daripada Ti-6Al-4V, karena pembentukan Nb2O5

yang ketika di dalam tubuh lebih stabil secara kimia dibandingkan dengan V2O5

[20]. Semlitch dkk. melaporkan pada penelitiannya bahwa sifat mekanik yang

diperoleh dalam penelitian paduan Ti-6Al dengan niobium sebagai pengganti

14

vanadium dan menyimpulkan bahwa Ti-6Al-7Nb menghasilkan sifat mekanik dan

kemampuan kerja yang terbaik [21].

Gambar 2. 2 Biokompabilitas dari Unsur Paduan Titanium [5].

Berdasarkan Gambar 2.2 diperoleh bahwa niobium termasuk golongan

inert (tidak bereaksi) dan memiliki biokompabilitas yang lebih baik daripada

vanadium. Sebagai paduan titanium tipe α+β, temperatur beta transus dari paduan

titanium Ti-6Al-7Nb adalah 1010 °C [22]. Temperatur beta transus tersebut

dipengaruhi oleh komposisi paduan. Berdasarkan penelitian Popa dkk, berikut ini

merupakan komposisi dari paduan Ti-6Al-7Nb:

Tabel 2. 1 Komposisi Kimia Paduan Ti-6Al-7Nb [23].

Unsur Al Nb Ta O2 N2 C Fe Ti

Presentase

(%)

5.5 –

6.5

6.5 –

7.5

Max

0.5

Max

0.2

Max

0.05

Max

0.08

Max

0.25

Balance

Ti-6Al-7Nb dikembangkan untuk memperoleh beberapa tujuan, seperti

lapisan pasif pada permukaan yang lebih stabil dan ketahanan korosi yang lebih

tinggi [24]. Sifat mekanik seperti kekuatan dan ketangguhan dari Ti-6Al-7Nb

15

sangat dipengaruhi oleh struktur mikronya. Setelah dilakukan perendaman dalam

waktu yang lama dalam larutan asam laktat 1%, jumlah ion titanium yang terlepas

dari paduan Ti-6Al-7Nb lebih sedikit daripada paduan Ti-6Al-4V. Paduan Ti-6Al-

7Nb menunjukkan kemampuan cor yang sedikit lebih rendah daripada Cp-Ti, tetapi

porositas tuangnya lebih rendah sehingga lebih menguntungkan [19].

2.2. Sendi Panggul (Hip Joint)

Sendi panggul (hip joint) merupakan sendi peluru yang menghubungkan

antara pinggul dan pangkal tulang paha atas. Sendi panggul pada manusia terdiri

dari 3 bagian utama yaitu femur, femoral head, dan rounded socket. Sendi panggul

merupakan salah satu sendi yang sangat penting di dalam tubuh manusia dan

merupakan sendi penyangga beban yang paling besar pada tubuh manusia [25].

Gambar 2. 3 Sendi Panggul (Hip Joint) Normal [26]

Pada sendi panggul yang normal, terdapat selaput sinovial yang dapat

memproduksi cairan yang berfungsi untuk melumasi dan mengurangi gesekan di

dalam sendi panggul. Pada permukaan tulang juga terdapat artikular kartilago yaitu

lapisan tulang rawan yang memungkinkan tulang untuk bebas bergerak dengan

16

mudah. Artikular kartilago pada femoral head dalam kondisi normal masih

berfungsi dengan baik. Namun, karena gerakan dan gesekan yang hampir terjadi

setiap hari maka artikular kartilago dapat melemah dan dapat mengakibatkan

arthritis [26].

Kerusakan pada sendi panggul dapat disebabkan oleh beberapa faktor,

antara lain arthritis, pengapuran, penuaan, fraktur di sekitar sendi panggul, dan

kematian (aseptic necrosis) dari tulang pinggul. Necrosis ini dapat terjadi akibat

dari patah tulang pinggul, obat-obatan seperti alkohol, penyakit yang menyerang

sistem imun seperti lupus, dan transplantasi ginjal [26]. Dampak dari kejadian-

kejadian di atas menyebabkan perlunya dilakukan operasi penggantian sendi

panggul. Pasien yang sudah melakukan operasi penggantian sendi panggul buatan

(total hip replacement) akan disarankan oleh dokter agar membatasi gerakan

tubuhnya seperti berlari dan berjongkok, untuk menjaga keawetan sendi panggul

tersebut [25].

Komponen artificial hip joint (sendi panggul buatan) dapat dilihat pada

Gambar 2.4. Sendi panggul buatan terdiri dari sistem acetabular yang terdiri dari

komponen acetabular shell dan acetabular liner dan sistem femoral yang terdiri

dari komponen femoral head dan femoral stem [25]. Acetabular shell sebagai metal

cup yang menempel pada acetabulum (bagian tulang pinggul) yang pada

permukaannya terdapat porous (permukaan kasar yang mirip jaring-jaring) yang

berfungsi untuk merangsang tulang agar tumbuh dan merekat pada acetabular shell

secara alami. Acetabular liner berfungsi untuk menopang femoral head yang

direkatkan pada acetabular shell. Femoral head adalah implan pengganti bonggol

17

tulang femur yang rusak dan telah dipotong. Femoral stem berfungsi untuk

menyangga femoral head yang menggantikan fungsi kerja kepala femur.

Gambar 2. 4 Sendi Panggul Buatan [26]

2.3. Perlakuan Panas (Heat Treatment) Paduan Titanium α+β

Perlakuan panas atau heat treatment adalah proses pemanasan dan

pendinginan yang terkontrol. Proses ini bertujuan untuk mengubah sifat fisik dan

mekanik material atau logam agar sesuai dengan yang diinginkan [27]. Titanium

dan paduannya diberikan perlakuan panas untuk mendapatkan struktur mikro dan

sifat mekanik tertentu untuk aplikasi tertentu. Respon dari paduan titanium terhadap

perlakuan panas tergantung dari komposisi paduan tersebut dan efek dari unsur-

unsur keseimbangan paduan pada fase alfa dan beta [14].

Struktur mikro paduan titanium tipe α+β yang dapat disesuaikan melalui

proses perlakuan panas dengan cara memanaskannya pada temperatur di bawah

atau di atas beta transus [28]. Paduan ini dapat diberi perlakuan panas berupa

18

Solution Treatment and Aging (STA) sebagai metode penguatan yang efektif untuk

paduan titanium tipe α+ β [29].

Gambar 2. 5 Skema Perlakuan Panas Solution Treatment and Aging pada Paduan

Titanium α+β [28]

2.3.1 Solution Heat Treatment (Perlakuan Panas Pelarutan)

Solution heat treatment adalah proses memanaskan paduan titanium di

dalam dapur pemanas pada temperatur sedikit di atas atau sedikit di bawah beta

transus, yang tergantung dari jenis paduannya, kemudian ditahan dalam waktu

tertentu. Untuk paduan α+β, pengaturan temperatur sangatlah penting untuk

mendapatkan sifat yang diinginkan. Paduan α+β dipanaskan pada temperatur

sedikit di bawah beta transus, jika melebihi beta transus maka kekuatan tariknya

akan menurun dan tidak dapat diperbaiki lagi pada proses perlakuan panas

selanjutnya. Penentuan temperatur pada proses solution heat treatment paduan ini

dilakukan setelah memutuskan sifat mekanis seperti apa yang diinginkan setelah

535-675 °C

2-8 h

WQ

AC

T (

°C)

t (h)

970 °C / 1 h

Solution Aging

19

proses aging, karena perubahan temperatur pada proses ini akan mempengaruhi

jumlah fase beta sehingga akan mempengaruhi respon paduan terhadap aging.

Tujuan dari solution heat treatment adalah untuk menghasilkan larutan padat yang

hampir homogen. [28].

2.3.2 Quenching (Pendinginan Cepat)

Quenching merupakan proses lanjutan dari proses solution heat treatment.

Setelah waktu penahanan (holding time) pada proses sebelumnya, paduan akan

didinginkan ke dalam suatu media pendingin dengan laju yang sangat cepat untuk

mempertahankan larutan padat paduan. Media pendingin yang digunakan pada

proses ini sangat bervariasi, yang disesuaikan untuk mencapai spesifikasi dari

paduan yang diproses. Media quenching yang umum digunakan adalah air, gas

argon, dan oli [30]. Tujuan dari proses quenching adalah agar larutan padat

homogen yang telah terbentuk pada proses sebelumnya dan kekosongan atom

dalam keseimbangan termal pada temperatur tinggi dapat dipertahankan pada

tempatnya [31].

2.3.3 Aging (Penuaan)

Aging merupakan tahap terakhir dari proses perlakuan panas pada paduan

titanium. Proses aging adalah memanaskan kembali paduan pada temperatur yang

lebih rendah di bidang α+β, berkisar pada temperatur antara 535 °C hingga 675 °C

selama 2 sampai 8 jam [28]. Kemudian paduan didinginkan kembali dengan media

udara atau di dalam furnace. Proses ini biasanya menghasilkan presipitat alfa yang

halus dalam fase beta sehingga akan meningkatkan kekuatan [32].

20

Proses aging umumnya dilakukan pada paduan titanium untuk

mendapatkan struktur mikro yang stabil. Kondisi temperatur dan waktu yang

berbeda pada proses ini dapat menyebabkan transisi fase paduan yang berbeda pula.

Struktur mikro dari paduan titanium tipe α+β yang stabil dapat diperoleh dengan

menggunakan temperatur dan waktu aging yang sesuai [33]. Proses aging dibagi

menjadi tiga jenis, antara lain natural aging yang dilakukan pada temperatur ruang,

artificial aging yang dilakukan pada temperatur tertentu, dan over aging yang

dilakukan di atas temperatur standar walaupun masih di bawah beta transus dan

pada waktu yang terlalu lama atau temperatur yang terlalu tinggi, pada tahap ini

presipitat dan matriks berada dalam keadaan yang seimbang. Over aging dapat

menurunkan kekuatan yang telah dicapai sebelumnya, sehingga kondisi ini

merupakan kondisi yang tidak diinginkan. Kombinasi antara temperatur dan waktu

pada proses aging ditentukan tergantung pada kekuatan yang dibutuhkan [30].

Waktu aging dapat menyebabkan perbedaan pada jenis, ukuran dan distribusi

partikel endapan, serta fraksi volume yang dapat mempengaruhi struktur akhir

sehingga menghasilkan sifat mekanik yang berbeda [34].

2.4. Kekuatan Tarik Ti-6Al-7Nb

Kekuatan tarik merupakan salah satu spesifikasi material untuk

memastikan kualitas suatu bahan dan untuk memprediksi perlaku material ketika

diberi beban. Kekuatan tarik dapat diukur dalam bentuk tegangan yang diperlukan

untuk menyebabkan deformasi plastis yang cukup besar, atau tegangan maksimum

yang dapat ditahan oleh material [35]. Untuk mendapatkan hasil kekuatan tarik

yang akurat pada paduan titanium, kecepatan tarik harus sangat diperhatikan selama

21

proses pengujian karena dapat mempengaruhi kekuatan titanium. Kecepatan tarik

yang direkomendasikan adalah sebesar 1,3 hingga 25,4 mm per menit [32]. Selain

itu, spesimen yang digunakan dalam pengujian tarik harus dipreparasi dalam ukuran

dan bentuk tertentu, yang dapat dilihat pada Tabel 2.2 berdasarkan ASTM E-8 [36].

Gambar 2. 6 Spesimen Uji Tarik [36].

Tabel 2. 2 Ukuran Standar Sampel Uji Tarik [36].

Dimensions, mm [in.]

For Test Specimens with Gauge Length Four Times the Diameter [E8]

Standard

Specimen

Small-Size Specimens Proportional to Standard

Specimen 1 Specimen 2 Specimen 3 Specimen 4 Specimen 5

G – Gauge

Length

50.0 ± 0.1

[2.000 ±

0.005]

36.0 ± 0.1

[1.400 ±

0.005]

24.0 ± 0.1

[1.000 ±

0.005]

16.0 ± 0.1

[0.640 ±

0.005]

10.0 ± 0.1

[0.450 ±

0.005]

D – Diameter

(Note 1)

12.5 ± 0.2

[0.500 ±

0.010]

9.0 ± 0.1

[0.350 ±

0.007]

6.0 ± 0.1

[0.250 ±

0.005]

4.0 ± 0.1

[0.160 ±

0.003]

2.5 ± 0.1

[0.113 ±

0.002]

R – Radius of

Fillet, min

10 [0.375] 8 [0.25] 6 [0.188] 4 [0.156] 2 [0.094]

A – Length of

reduced section,

min (Note 2)

56 [2.25] 45 [1.75] 30 [1.25] 20 [0.75] 16 [0.625]

Kekuatan tarik paduan sangat dipengaruhi oleh fraksi volume dari fase α

primer, presipitat fase α sekunder di dalam matriks β, dan kehalusan struktur

mikronya [37]. Selain itu, kekuatan material juga sangat dipengaruhi oleh

temperatur dan waktu aging. Kekuatan material akan meningkat seiring

bertambahnya waktu aging, hal ini dikarenakan semakin lamanya waktu aging

22

maka semakin banyak α sekunder yang terbentuk sehingga akan meningkatkan

kekuatan [38]. Sedangkan parameter struktur mikro yang memiliki dampak terbesar

pada kekuatan tarik maksimum atau Ultimate Tensile Strength adalah ketebalan

lamel α dan lebar batas butir lapisan α. [39].

Material yang memiliki kekuatan tinggi namun modulus rendah baik

digunakan sebagai aplikasi implan medis, karena material yang memiliki modulus

rendah dapat mengurangi tegangan akibat penggunaannya. Kobayashi dkk.

melaporkan bahwa kekuatan Ti-6Al-7Nb yang lebih tinggi daripada Cp-Ti

disebabkan oleh efek gabungan dari penguatan larutan padat (solid solution

strengthening) dan penguatan struktur (structure-refining strengthening) [40].

Berbagai macam tingkat kekuatan dapat diperoleh pada paduan titanium tipe α+β

melalui proses solution treatment pada temperatur di daerah α+β, yang normalnya

dilakukan pada temperatur 23-85°C di bawah beta transus untuk mendapatkan

kekuatan yang tinggi dan keuletan yang baik [6]. Nilai kekuatan tarik maksimum

paduan Ti-6Al-7Nb yang telah dilakukan solution treatment and aging pada

penelitian R. Dabrowski dapat dilihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2. 3 Hasil Pengujian Tarik Paduan Ti-6Al-7Nb dengan Solution

Treatment 970 °C selama 1 jam, pendinginan dalam air, dan Aging [41].

Waktu

Aging

Temperatur

Aging

Kekuatan Tarik Maksimum

(MPa)

5 jam 450 °C 1147

5 jam 650 °C 1027

Pada Gambar 2.7 ditunjukkan diagram fase untuk paduan Ti-Al-Nb.

Struktur yang diberi perlakuan panas pada daerah α+β memiliki kekuatan dan

23

keuletan yang lebih tinggi, sedangkan struktur yang diberi perlakuan panas pada

daerah β memiliki ketangguhan patah yang lebih tinggi [2].

Gambar 2. 7 Diagram Fase Paduan Titanium [6].

2.5. Ketahanan Korosi Ti-6Al-7Nb

Korosi adalah proses yang menyebabkan kerusakan atau degradasi logam

maupun paduan. Korosi terjadi akibat reaksi redoks antara logam atau paduan

dengan zat-zat di sekitarnya kemudian menghasilkan senyawa-senyawa yang tidak

diinginkan. Pada peristiwa korosi, logam mengalami oksidasi sedangkan oksigen

(udara) mengalami reduksi. Korosi juga dapat diartikan sebagai serangan yang

24

merusak logam akibat logam bereaksi dengan lingkungan secara kimia maupun

elektrokimia [42].

Titanium dan paduannya diketahui memiliki ketahanan korosi yang sangat

baik. Ketahanan korosi yang sangat baik dari titanium dan paduannya dihasilkan

oleh pembentukan lapisan oksida yang sangat stabil sehingga dapat melindungi

permukaan logam. Logam titanium sendiri merupakan logam yang sangat reaktif

dan memiliki afinitas yang tinggi terhadap oksigen, sehingga pembentukan lapisan

oksida ini terbentuk secara langsung (spontan) ketika permukaan logam terpapar

udara atau kelembaban. Selain itu, lapisan oksida yang rusak umumnya dapat

memanaskan dirinya kembali secara spontan ketika ada oksigen atau air di

lingkungannya. Namun, kondisi anhidrat tanpa sumber oksigen dapat menyebabkan

korosi pada titanium, karena lapisan oksida sebagai pelindung tersebut tidak dapat

diregenerasi ketika rusak [43].

Ketahanan korosi merupakan salah satu karakteristik yang paling penting

untuk material implan biomedis. Hal ini karena ketahanan korosi tidak hanya

berkaitan dengan keberlangsungan implan, tetapi juga efek kerusakannya terhadap

tubuh manusia [44]. Korosi dari implan logam terhadap tubuh manusia sangat perlu

dipertimbangkan karena dapat mempengaruhi biokompatibilitas dan sifat

mekaniknya [45]. Korosi antara implan dengan cairan dan jaringan tubuh diketahui

juga dapat mempengaruhi sifat fisiknya sehingga memungkinkan terjadinya isolasi

atau penolakan terhadap implan tersebut. Selain itu, efek jangka panjangnya dapat

menyebabkan respon karsinogenik atau dapat memicu kanker [46].

25

Penggunaan paduan titanium sebagai implan sendi panggul (hip joint)

akan sering mengalami gesekan karena gerakan sehingga dapat mengakibatkan

terjadinya korosi. Ketahanan korosi yang rendah dapat menyebabkan kegagalan

implan klinis dan osteolisis. Selain itu, dapat menyebabkan reaksi alergi kulit jika

logam yang digunakan tersebut larut dalam cairan tubuh [47]. Maka dari itu, implan

haruslah memiliki ketahanan korosi yang sangat tinggi.

Paduan Ti-6Al-7Nb memiliki ketahanan korosi yang lebih baik daripada

titanium murni dan Ti-6Al-4V [20]. Ion vanadium pada Ti-6Al-4V yang dilepaskan

ke aliran darah dapat menyebabkan iritasi lokal pada jaringan di sekitar implan,

karena vanadium menghasilkan oksida yang berbahaya bagi tubuh manusia [48].

Ti-6Al-7Nb tidak memiliki ion vanadium yang kemudian digantikan dengan

niobium. Unsur niobium dan senyawa oksidanya seperti Nb2O5 termasuk ke dalam

kelompok inert terhadap tubuh. Senyawa Nb dengan O2 lebih mudah terbentuk

daripada senyawa Al dengan O2. Selama proses passivasi, Nb2O5 membentuk

struktur padat pada lapisan permukaan, sehingga lebih tahan terhadap korosi di

jaringan dan cairan tubuh, serta akan mengurangi terjadinya komplikasi setelah

proses implantasi [49].

Pembentukan lapisan pasif pada paduan Ti-6Al-7Nb dipengaruhi oleh

keberadaan Nb. Unsur Nb sebagai elemen paduan dapat menstabilkan lapisan pasif

permukaan tersebut. Selain itu, kation Nb meningkatkan sifat lapisan pasif

permukaan dengan mengurangi konsentrasi kekosongan anion yang terdapat pada

TiO2. Kekosongan anion ini disebabkan karena adanya keadaan oksidasi titanium

yang lebih rendah. Sehingga Ti-6Al-7Nb memiliki kerapatan arus yang lebih

26

rendah daripada Ti-6Al-4V, karena efek Nb dalam lapisan pasif tersebut [50].

Lapisan pasif yang terbentuk pada paduan titanium Ti-6Al-7Nb terdiri dari dua

lapisan oksida yang terdiri dari lapisan penghalang (barrier inner layer) dan lapisan

berpori (porous outer layer). Lapisan penghalang berhubungan dengan ketahanan

korosi paduan. Sedangkan lapisan luar berpori berpengaruh terhadap kemampuan

osseointegrasi yaitu kontak langsung antara tulang dengan permukaan implan tanpa

lapisan jaringan penghubung [48].

Proses aging juga mempengaruhi laju korosi suatu paduan. Semakin lama

waktu aging, maka laju korosinya akan semakin menurun. Hal ini dikarenakan

presipitat akan semakin halus dan kelarutannya akan meningkat seiring dengan

lamanya waktu aging, sehingga paduan akan semakin sulit untuk terkorosi [47].

Salah satu jenis simulasi cairan tubuh yang digunakan pada pengujian korosi adalah

larutan Hanks yang sejenis larutan biologis tubuh dengan pH kurang lebih 7,4.

Komposisi kimia larutan Hanks dapat dilihat pada Tabel 2.4.

Tabel 2. 4 Komposisi Larutan Hanks [24].

Reagen Komposisi (g/L)

CaCl2. 2 H2O

KCl

K2HPO4

MgCl2. 6H2O

NaCl

NaHCO3

MgSO4. 7H2O

Na2HPO4

Glukosa

0,149

0,4

0,06

1,0

8,0

0,35

1,0

0,048

1,0

27

Salah satu metode elektrokimia yang paling banyak digunakan dalam

pengujian korosi adalah melalui kurva polarisasi dengan menggunakan metode

Tafel. Melalui metode Tafel dapat diperoleh nilai icorr (arus korosi) yang akan

digunakan untuk menghitung laju korosi suatu material jika luas permukaannya

diketahui. Nilai icorr berbanding lurus dengan laju korosi, semakin kecil nilai icorr

maka semakin kecil laju korosi dan semakin baik pula ketahanan terhadap

korosinya [51]. Kurva yang diperoleh adalah hubungan antara log current dengan

potensialnya, disebut juga dengan metode potensiodinamik yang merupakan teknik

elektrokimia yang paling umum digunakan untuk mengukur ketahanan korosi suatu

material terhadap lingkungannya [52].

Gambar 2. 8 Kurva Polarisasi Potensiodinamik Hot Rolled Ti-6Al-7Nb dalam larutan

Ringer dengan scan rate 1 mV/s, pendinginan dalam furnace, dengan variasi temperatur

solution treatment di daerah α+β [53].

28

Laju korosi paduan untuk metode Tafel menggunakan perhitungan

berdasarkan persamaan Faraday. Sesuai dengan ASTM G-102 [54], laju korosi

dapat dihitung menggunakan rumus:

CR = Kicorr

ρ EW

dimana CR adalah laju korosi (mm/yr), K adalah konstanta 3,27 x 10−3 (mm. g. µA-

1. cm-1 yr-1), icorr adalah arus current density korosi (µA. cm-2), ρ adalah densitas

paduan (g/cm3), dan EW adalah berat ekuivalen paduan. Nilai konstanta K lainnya

untuk sistem satuan yang berbeda dapat dilihat pada tabel di bawah ini:

Tabel 2. 5 Nilai Konstanta dalam Persamaan Faraday [54].

Penetration

Rate Unit

(CR)

icor Unit ρ Unit K Units of K

mpy µA/cm2 g/cm3 0.1288 mpy g/μA cm

mm/yr A/m2 kg/cm3 327.2 mm kg/A m y

mm/yr µA/cm2 g/cm3 3,27 x 10−3 mm g/μA cm y

2.6. Struktur Mikro Ti-6Al-7Nb

Titanium dan paduannya dapat menunjukkan berbagai jenis struktur mikro

yang bergantung pada komposisi kimia, pemrosesan, dan perlakuan panas pada

paduan. Telah diketahui bahwa struktur mikro dari paduan titanium α+β sangat

berpengaruh pada sifat mekanik paduan. Transformasi fase β ke α pada paduan

titanium α+β merupakan dasar pengembangan struktur mikro. Transformasi fase

tersebut dapat terjadi melalui nukleasi yang bergantung pada komposisi paduan dan

laju pendinginan. Oleh karena itu, paduan α+β lebih banyak digunakan karena

memiliki jangkauan yang lebih luas dalam hal mengontrol struktur mikro [13].

29

2.6.1 Metalografi

Struktur mikro dari metalografi menunjukkan struktur mikro paduan

titanium tipe α+β diklasifikasikan menjadi 2 jenis, yaitu lamellar dan bimodal.

Struktur lamellar terbentuk akibat proses perlakuan panas pada paduan pada

temperatur sedikit di bawah atau sedikit di atas beta transus, yang terdiri dari koloni-

koloni lamel-α yang berbentuk HCP di dalam butiran fase β. Struktur mikro

lamellar ditandai dengan kekuatan tarik yang relatif tinggi, sifat kelelahan sedang,

dan memiliki ketahanan pertumbuhan creep dan crack yang baik [55]. Parameter

penting dari struktur lamellar yang berkaitan dengan sifat mekanik material antara

lain ukuran butir fase β, ukuran koloni lamel-α, ketebalan lamel-α, dan batas butir

kontinu lapisan α [56]. Parameter tersebut dipengaruhi oleh komposisi paduan dan

laju pendinginan di atas temperatur beta transus [39].

Gambar 2. 9 Hasil SEM (a) Struktur Lamellar, (b) Struktur Bimodal [39].

Sedangkan struktur mikro bimodal terbentuk karena pengerjaan dan anil

di bawah temperatur beta transus. Struktur mikro bimodal memiliki ukuran butir

fase beta yang kecil, yang dibatasi oleh butiran alfa globular primer. Laju

pendinginan dari perlakuan panas homogenisasi-β, proses perlakuan panas

a) b)

30

pelarutan, dan temperatur rekristalisasi merupakan faktor utama yang menentukan

karakteristik struktur bimodal [39]. Struktur bimodal memiliki tegangan luluh,

tegangan tarik, tegangan lelah, dan keuletan yang baik [56].

Untuk paduan titanium tipe α+β, parameter struktur mikro yang paling

penting untuk menentukan sifat mekanik adalah ukuran koloni α. Ketika ukuran

koloni α diperkecil, maka tegangan luluh, keuletan, dan ketahanan nukleasi retak

akan meningkat [57]. Struktur mikro paduan titanium Ti-6Al-7Nb terdiri dari dua

fase, yaitu fase alfa dan beta. Fase alfa sebagian besar tersusun dari aluminium yang

berstruktur HCP (Hexagonal Closed-Packed) dan fase beta yang berstruktur BCC

(Body Centered-Cubic) sebagian besar tersusun dari niobium [24].

Gambar 2. 10 Struktur mikro Ti-6Al-7Nb yang diperoleh setelah dipanaskan pada

temperatur 970 °C, ditahan selama 1 jam, pendinginan di dalam air, dan penuaan (aging)

selama 5 jam pada temperatur 450°C [58].

Fase alfa berwarna putih atau lebih terang, sedangkan fase beta berwarna

hitam atau lebih gelap. Bagian yang berwarna putih yang terlihat seperti jarum

merupakan fase alfa yang terbentuk dari fase beta yang berubah menjadi alfa ketika

paduan melewati batas transformasi namun masih ada fase beta yang bertahan [6].

31

Gambar 2. 11 Struktur Mikro As Cast Ti-6Al-7Nb [24].

2.6.2 Karakterisasi XRD (X-Ray Diffraction)

XRD atau Difraksi Sinar-X merupakan metode berteknologi tinggi dan

non destruktif yang digunakan untuk menganalisis berbagai material termasuk

logam, mineral, cairan, polimer, plastik, katalis, farmasi, pelapis thin film, keramik,

sel surya, serta semikonduktor. XRD dapat dengan mudah mendeteksi adanya cacat

dalam kristal, tingkat ketahanannya terhadap tegangan, tekstur kristal, ukuran

kristal, dan variabel lain yang berkaitan dengan struktur dasar sampel [59]. Melalui

XRD, dapat diketahui susunan dan jarak atom dalam material kristal dan

memberikan pemahaman yang lebih jelas tentang sifat fisik logam, polimer, dan

bahan padatan lainnya. XRD juga merupakan cara yang mudah dan praktis untuk

mengidentifikasi kualitatif senyawa kristal dan dapat memberikan informasi

kristalografi kuantitatif tentang senyawa yang ada dalam sampel padat dan

jumlahnya [60].

32

Gambar 2. 12 Prinsip kerja XRD [61].

Prinsip kerja XRD secara umum terdiri tiga bagian utama yaitu tabung

sinar-X, tempat sampel yang akan diteliti, dan detektor sinar-X. Sinar-X dihasilkan

di dalam tabung katoda dengan cara memanaskan filamen sehingga dihasilkan

elektron. Elektron tersebut dipercepat menuju target karena adanya perbedaan

tegangan sehingga elektron akan mencapai target. Sinar-X dihasilkan ketika

elektron tersebut memiliki cukup energi untuk mengeksitasi elektron pada kulit

bagian dalam dari target [59].

Untuk mengidentifikasi fase pada paduan titanium, dilakukan analisis

XRD dengan menggunakan radiasi CuKα. Paduan titanium Ti-6Al-7Nb memiliki

dua fase, yaitu Ti-α yang berstruktur heksagonal dan Ti-β yang berstruktur kubik.

Ajeel dkk. dalam penelitiannya telah membandingkan hasil difraksi antara Cp-Ti,

Ti-6Al-4V, dan Ti-6Al-7Nb. Analisis XRD untuk paduan Ti-6Al-7Nb

menunjukkan sedikit perubahan dalam nilai sudut 2θ dari refleksi fase α pada Ti-

6Al-7Nb dibandingkan dengan Cp-Ti dan Ti-6Al-4V, seperti yang dapat dilihat

33

pada Gambar 2.13. Perubahan ini disebabkan oleh substitusi atom vanadium

dengan atom niobium yang memiliki diameter lebih kecil [29].

Gambar 2. 13 Pola difraksi dari Cp-Ti, Ti-6Al-4V, dan Ti-6Al-7Nb [29].

34

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian yang berjudul “Analisis Variasi Waktu Aging terhadap

Kekuatan Tarik, Ketahanan Korosi, dan Struktur Mikro Paduan Titanium Ti-6Al-

7Nb untuk Implan Hip Joint” dilakukan pada Bulan Februari – Agustus 2019,

bertempat di Pusat Teknologi Material (PTM) Badan Pengkajian dan Penerapan

Teknologi (BPPT), Gedung 224 Kawasan PUSPITEK Serpong, Tangerang Selatan.

3.2. Alat dan Bahan Penelitian

Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah paduan Ti-6Al-7Nb,

Epofix Resin dan Epofix Hardener, larutan etsa Dix Keller Reagent, dan larutan

Hanks untuk uji korosi. Komposisi larutan ditunjukkan pada tabel di bawah ini:

Tabel 3. 1 Komposisi Larutan.

NO NAMA LARUTAN KOMPOSISI

1. Dix Keller Reagent Aquades 95 ml

HNO3 2,5 ml

HCl 1,5 ml

HF 1 ml

2. Larutan Hanks Dalam setiap 500 ml dengan pH 7,4:

CaCl2. 2 H20 0,0745 gr

KCl 0,2 gr

K2HPO4 0,03 gr

MgCl2. 6H2O 0,5 gr

NaCl 4,0 gr

NaHCO3 0,175 gr

MgSO4. 7H20 0,5 gr

Na2HPO4 0,024 gr

Glukosa 0,5 gr

35

Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah Metkon Micracut 152

untuk memotong sampel, alat grinding dan polishing Struers Tegramin-25 dan

kertas amplas silikon karbida, gelas beaker, gelas ukur, timbangan digital, jangka

sorong, spatula, hair dryer, pipet, magnetic stirrer, pH meter Lutron PH-222, kabel,

elektroda platina, elektroda AgCl, lemari asam, Mikroskop Optik Hyrox KH-8700

3D Digital, Shimadzu XRD 7000 untuk karakterisasi XRD, mesin uji tarik

Shimadzu Universal Testing Machine, dan alat uji korosi Zahner Zennium

Electrochemical Workstation.

3.3. Variabel Penelitian

Variabel penelitian ini yaitu variasi waktu aging selama 0, 4, 6, dan 8 jam

pada temperatur 550°C, dengan temperatur solution treatment 970°C yang ditahan

selama 1 jam dan pendinginan di dalam gas argon. Penelitian ini juga meliputi

penentuan kekuatan tarik, ketahanan korosi, serta pengamatan struktur mikro

melalui metalografi dan karakterisasi fase material menggunakan X-Ray Difraction.

3.4. Tahapan Penelitian

Penelitian “Analisis Variasi Waktu Aging terhadap Kekuatan Tarik,

Ketahanan Korosi, dan Struktur Mikro Paduan Titanium Ti-6Al-7Nb untuk Implan

Hip Joint” ini meliputi beberapa tahap, yaitu preparasi sampel uji yang telah diberi

perlakuan panas dengan variasi waktu aging, pengujian sampel, dan analisis data.

Adapun tahapan penelitian yang dilakukan tersusun seperti diagram alir di bawah

ini:

36

Gambar 3. 1 Diagram Alir Penelitian.

3.4.1 Sampel Uji

Sampel uji merupakan paduan Ti-6Al-7Nb yang telah mengalami proses

Solution Treatment and Aging (STA) pada temperatur solution treatment 970 °C,

ditahan selama 1 jam, di-quenching dalam gas argon hingga temperatur ruang,

kemudian dipanaskan kembali pada proses aging hingga temperatur 550 °C dengan

variasi waktu aging 0, 4, 6, dan 8 jam, dan dilanjutkan dengan pendinginan di dalam

Mulai

Paduan Ti-6Al-7Nb dengan temperatur

solution treatment 970°C yang telah

mengalami variasi waktu aging selama

0, 4, 6, 8 jam pada temperatur 550°C

Metalografi XRD Uji Korosi Uji Tarik

Analisis Data

Pembahasan

Kesimpulan

Selesai

37

furnace. Selanjutnya, dilakukan preparasi sampel uji untuk setiap pengujian yang

dilakukan.

Gambar 3. 2 Skema Perlakuan Panas Solution Treatment and Aging pada Penelitian

Paduan Ti-6Al-7Nb.

A. Sampel Pengujian Tarik

Untuk pengujian tarik, diameter dan gauge length sampel diukur dengan

menggunakan jangka sorong, kemudian menandainya dengan spidol. Standar

ukuran diameter dan gauge length yang digunakan adalah Standar Spesimen 4

mengacu pada ASTM E8 yang dapat dilihat pada Tabel 2.2. Diameter sampel

sebesar 4.0 ± 0.1 mm dan panjang gauge length sampel sebesar 16 ± 0.1 mm.

Gambar 3. 3 Sampel Pengujian Tarik Sesuai ASTM E8 [dokumen pribadi].

T (

°C)

ArQ

FC

550 °C

0,4,6,8 h

t (h)

970 °C / 1 h

Solution Aging

38

Gambar 3. 4 Pengukuran (a) Diameter dan (b) Gauge Length [dokumen pribadi].

B. Sampel Pengujian Korosi

Preparasi sampel untuk uji korosi yaitu menghitung luas permukaan

sampel yang akan dicelupkan pada larutan Hanks, serta memasangkan kabel pada

sampel untuk dihubungkan dengan alat uji korosi Zahner Zennium electrochemical

workstation.

Gambar 3. 5 Sampel Uji Korosi [dokumen pribadi].

C. Sampel Pengujian Struktur Mikro

Pada poses preparasi sampel untuk pengujian metalografi, sampel

dipotong hingga berukuran lebih kecil menggunakan mesin pemotong. Selama

a) b)

39

proses pemotongan harus dialiri cairan pendingin agar tidak menimbulkan panas

berlebihan yang dapat mempengaruhi kondisi sampel.

Gambar 3. 6 Mesin Pemotong Metkon Mitracut 152 [dokumen pribadi].

Selanjutnya adalah proses pembingkaian (mounting) untuk mempermudah

proses pengerjaan selanjutnya. Pada proses ini sampel ditempatkan di sebuah

cetakan yang biasanya berbentuk bulat atau silinder, kemudian cetakan diisi oleh

bahan yang akan menahan kuat sampel. Bahan yang digunakan pada penelitian ini

adalah EpoFix Resin dan EpoFix Hardener dengan perbandingan 15:2.

Gambar 3. 7 (a) EpoFix Resin dan EpoFix Hardener, (b) Sampel yang Telah Dilakukan

Proses Mounting [dokumen pribadi].

a) b)

40

Setelah proses mounting, sampel diamplas menggunakan kertas amplas

silikon karbida pada mesin grinding dan polishing Struers Tegramin-25, hingga

diperoleh permukaan sampel yang rata. Proses pengamplasan harus sambil dialiri

air bersih agar tidak timbul panas pada permukaan sampel. Amplas silikon karbida

yang digunakan ada berbagai tingkat kekasaran, yaitu 100, 240, 320, 500, 600, 800,

1000, dan 1200 mesh. Setiap pergantian kertas amplas, sampel harus dicuci terlebih

dahulu sebelum diamplas dengan tingkat kekasaran berikutnya. Setelah proses

pengamplasan, sampel dipoles menggunakan media pemoles berupa cairan Op-U

sampai diperoleh permukaan sampel yang licin, halus, bebas goresan, dan terlihat

seperti cermin.

Gambar 3. 8 Mesin Grinding dan Polishing Struers Tegramin-25 [dokumen pribadi].

Kemudian dilakukan etsa pada permukaan sampel menggunakan larutan

etsa Dix Keller reagent dengan cara mencelupkan kapas ke dalam larutan etsa

tersebut, lalu menyapukan kapas tersebut ke permukaan sampel selama kurang

lebih 5 detik sampai terlihat perubahan pada permukaan sampel. Selanjutnya

sampel dicuci dengan air bersih kemudian dikeringkan dengan alat pengering.

41

Setelah proses etsa, permukaan sampel tidak boleh tersentuh oleh tangan lagi

karena dapat mempengaruhi struktur mikro yang akan diamati.

Gambar 3. 9 Sampel yang Telah Dilakukan Proses Etsa [dokumen pribadi].

Sedangkan proses preparasi sampel untuk karakterisasi XRD yaitu

dilakukan pemotongan, pengamplasan atau grinding, dan pemolesan polishing

menggunakan mesin Struers Tegramin-25 sebelum dilakukan proses karakterisasi.

Gambar 3. 10 Sampel Karakterisasi XRD [dokumen pribadi].

42

3.4.2 Pembuatan Larutan

Untuk membuat larutan etsa Dix Keller Reagent, bahan yang dibutuhkan

diukur menggunakan gelas ukur lalu semua bahan dicampurkan di dalam gelas

beaker. Selanjutnya larutan diaduk menggunakan magnetic stirrer. Setelah semua

bahan tercampur, larutan ditutup rapat kemudian disimpan di dalam lemari asam.

Gambar 3. 11 (a) Proses Pembuatan Larutan Etsa, (b) Larutan Dix Keller Reagent

[dokumen pribadi].

Untuk membuat larutan Hanks untuk uji korosi, pertama-tama semua

bahan ditimbang menggunakan timbangan digital. Setelah aquades dimasukkan ke

dalam gelas beaker, bahan-bahan lainnya juga dimasukkan satu-persatu sambil

diaduk menggunakan magnetic stirrer. Setelah semua bahan tercampur, kemudian

diukur pH nya menggunakan pH meter Lutron PH-222. pH larutan Hanks adalah

±7,4, jika terlalu asam maka ditambahkan NaOH, dan jika terlalu basa maka

ditambahkan HCl. Setelah itu larutan ditutup rapat kemudian disimpan dalam

lemari asam.

b) a)

43

Gambar 3. 12 (a) Pengukuran pH menggunakan pH meter Lutron PH-222, (b) Larutan

Hanks [dokumen pribadi].

3.5. Pengujian Bahan

Pengujian pada penelitian ini meliputi pengujian tarik untuk mengetahui

kekuatan tarik, pengujian korosi untuk mengetahui ketahanan korosi, dan

pengamatan struktur mikro. Pada pengamatan struktur mikro, pengujian yang

dilakukan antara lain metalografi untuk mengetahui perubahan struktur mikro dan

karakterisasi XRD (X-Ray Diffraction) untuk mengetahui fase yang terbentuk.

3.5.1 Pengujian Tarik

Tujuan utama dilakukannya pengujian tarik adalah untuk mengetahui

respon dari material ketika dikenakan beban atau deformasi terhadap pembebanan

statis, dan untuk memprediksi performa material di bawah kondisi pembebanan.

Setelah diameter dan gauge length sampel uji tarik sudah diukur dan ditandai,

selanjutnya sampel diletakkan pada mesin uji tarik. Ketika sampel sudah terpasang,

sampel akan ditarik secara kontinu sampai mengalami deformasi dan putus.

Kecepatan tarik pada saat pengujian tarik adalah sebesar 1 mm/menit. Pengujian ini

dilakukan di Pusat Teknologi Material, BPPT.

b) a)

44

Kurva yang tercatat pada komputer menunjukkan hubungan antara beban

dan pertambahan panjangnya. Dari kurva tersebut kemudian hasil parameter uji

tarik dapat langsung diperoleh. Hal utama yang diperhatikan pada pengujian tarik

adalah kemampuan maksimum bahan untuk menahan beban yang diberikan,

kemampuan ini umumnya disebut Ultimate Tensile Strength (UTS) atau kekuatan

tarik maksimum pada kurva tegangan-regangan.

Gambar 3. 13 (a) Mesin Uji Tarik Shimadzu Universal Testing Machine, (b) Sampel

yang Sudah Putus dari Hasil Uji Tarik [dokumen pribadi].

3.5.2 Pengujian Korosi

Untuk mengetahui laju korosi dari tiap sampel yaitu dengan melakukan

pengujian korosi dengan metode potensiodinamik berdasarkan standar ASTM G5.

Pengujian korosi pada penelitian ini menggunakan alat Zahner Zennium X

electrochemical workstation. Setelah menghitung luas permukaan sampel yang

akan dicelupkan pada larutan Hanks dan memasang kabel pada sampel untuk

dihubungkan dengan alat, selanjutnya adalah memasang rangkaian uji korosi.

b) a)

45

Gambar 3. 14 Rangkaian Komponen Uji Korosi [dokumen pribadi].

Pada metode potensiodinamik, sampel dipasangkan pada sebuah

rangkaian dengan menggunakan tiga elektroda seperti pada Gambar 3.14. Sampel

Ti-6Al-7Nb berperan sebagai Working Electrode (WE), dipasangkan bersama

elektroda platina sebagai Reference Electrode (RE), dan elektroda AgCl sebagai

Counter Electrode (CE). Setelah rangkaian dipasang dan sampel sudah dicelupkan

pada larutan Hanks, proses pengujian mulai dilakukan pada temperatur ruang

dengan scan rate sebesar 10 mV/s, current range catodic-anodic sebesar -0,1 A

hingga 0,1 A. Kemudian hasilnya dianalisis dengan perangkat lunak Thalles XT

dengan menggunakan metode Tafel. Pengujian ini dilakukan di Pusat Teknologi

Material, BPPT.

Gambar 3. 15 Proses Pengujian Korosi Menggunakan Instrumen Zahner Zennium

Electrochemical Workstation [dokumen pribadi].

46

3.5.3 Pengamatan Struktur Mikro

Struktur mikro paduan titanium sangat dipengaruhi oleh pemrosesan dan

perlakuan panas yang diberikan. Pada penelitian ini, dilakukan pengamatan struktur

mikro sampel Ti-6Al-7Nb yang telah diberi perlakuan panas berupa Solution

Treatment and Aging (STA) dengan variasi waktu aging, untuk mengetahui

perubahan struktur mikro yang terbentuk di dalamnya yang mempengaruhi sifat

mekanik paduan tersebut.

A. Pengujian Metalografi

Setelah proses preparasi sampel dan permukaan sampel sudah dietsa,

dilakukan proses pengamatan struktur mikro dengan menggunakan mikroskop

optik. Sampel diletakkan pada meja sampel, kemudian fokus lensa dan perbesaran

lensa diatur sehingga terlihat gambar struktur mikro dari sampel tersebut.

Permukaan sampel Ti-6Al-7Nb diamati dengan perbesaran 500 kali. Pengujian ini

dilakukan di Pusat Teknologi Material, BPPT.

Gambar 3. 16 Mikroskop Optik Hirox KH-8700 3D Digital [dokumen pribadi].

B. XRD (X-Ray Diffraction)

Pada karakterisasi XRD, sampel yang digunakan berupa padatan

berbentuk lingkaran yang sebelumnya sudah melalui proses grinding dan polishing.

47

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui fase yang terbentuk pada material. Alat

karakterisasi XRD yang digunakan adalah Shimadzu XRD 7000 dengan sumber

pancaran radiasi CuKα dan dengan filter nikel. Pola difraksi yang dihasilkan

selanjutnya diolah menggunakan metode Rietveld refinement. Pengujian ini

dilakukan di Pusat Laboratorium Terpadu UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.

Gambar 3. 17 Shimadzu XRD 7000 [dokumen pribadi].

48

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Pengujian Tarik Ti-6Al-7Nb

Pengujian tarik dilakukan untuk mengetahui nilai kekuatan tarik suatu

material. Pengujian dilakukan pada sampel solution treatment 970°C dengan variasi

waktu aging selama 0, 4, 6, dan 8 jam pada temperatur 550°C. Pengujian tarik

dilakukan sebanyak tiga kali untuk setiap variabel percobaan. Dari hasil pengujian

tarik, diperoleh kurva stress-strain paduan Ti-6Al-7Nb yang dapat dilihat pada

Gambar 4.1.

Gambar 4. 1 Kurva Stress-Strain Sampel Ti-6Al-7Nb Solution Treatment 970°C, tanpa

Aging.

Kurva stress-strain atau kurva tegangan-regangan menunjukkan nilai

kekuatan tarik maksimum atau Ultimate Tensile Strength (UTS). Beban atau

tegangan yang diberikan secara kontinu pada paduan ditunjukkan pada kurva

49

tersebut. Garis lurus atau linear pada awal pemberian beban atau tegangan

merupakan daerah deformasi elastis. Kemudian, titik luluh terjadi pada daerah

ketika deformasi plastis mudah terjadi pada logam, yang ditentukan dari awal

perubahan kurva stress-strain dari linier ke lengkung. Setelah titik luluh, tegangan

akan terus naik seiring terjadinya deformasi plastis hingga titik maksimum dan

sampai akhirnya sampel patah. Tegangan maksimum pada kurva disebut kekuatan

tarik maksimumnya [62].

Tabel 4. 1 Kekuatan Tarik Ti-6Al-7Nb dengan Variasi Waktu Aging.

No Temperatur Solution

Heat Treatment

Waktu

Aging

Kekuatan Tarik

Maksimum (MPa)

1. 970 °C 0 jam 690

2. 970 °C 4 jam 627

3. 970 °C 6 jam 748

4. 970 °C 8 jam 696

Pada Tabel 4.1 diperoleh bahwa sampel tanpa proses aging memiliki nilai

kekuatan tarik maksimum (UTS) sebesar 690 MPa. Namun, setelah paduan

dipanaskan kembali dengan proses aging pada temperatur 550°C selama 4 jam,

terjadi penurunan nilai UTS yang cukup jauh menjadi 627 MPa. Hal ini dikarenakan

larutan padat yang hampir homogen sebagai hasil dari proses solution heat

treatment pada temperatur 970°C dan quenching menjadi acak kembali ketika

paduan dipanaskan lagi hingga temperatur 550°C dengan waktu aging 4 jam,

sehingga menyebabkan penurunan nilai UTS.

50

Tanpa Aging 4 6 8

620

640

660

680

700

720

740

760

Ult

ima

te T

en

sile

Str

en

gth

( M

Pa

)

Waktu Aging (Jam)

Gambar 4. 2 Grafik Kekuatan Tarik Maksimum Ti-6Al-7Nb dengan Variasi Waktu

Aging.

Selanjutnya, nilai UTS kembali meningkat pada waktu aging selama 6 jam

yaitu sebesar 748 MPa, dan kembali menurun menjadi 696 MPa pada waktu aging

selama 8 jam. Nilai UTS mencapai nilai tertinggi/ puncak pada waktu aging selama

6 jam. Hal ini menandakan bahwa nilai kekuatan tertinggi terjadi pada waktu aging

6 jam, namun nilai kekuatan menurun ketika melewati waktu 6 jam tersebut.

Penurunan kekuatan setelah mencapai nilai kekuatan maksimum/ puncak

disebabkan karena paduan mengalami kondisi over aging akibat waktu yang terlalu

lama sehingga presipitat dan matriks berada dalam keadaan seimbang dan

menurunkan kekuatan yang telah dicapai sebelumnya [29].

51

4.2. Hasil Pengujian Korosi Ti-6Al-7Nb

Berdasarkan hasil pengujian korosi dalam larutan Hanks dengan analisis

potensiodinamik dan menggunakan metode Tafel, didapatkan laju korosi paduan

Ti-6Al-7Nb dalam satuan satuan mpy (mils per year). Nilai laju korosi pada setiap

sampel Ti-6Al-7Nb dengan variasi waktu aging 0, 4, 6, dan 8 jam dapat dilihat pada

Tabel 4.2 dan Gambar 4.3 di bawah ini:

Tabel 4. 2 Laju Korosi Ti-6Al-7Nb dengan Variasi Waktu Aging.

No Temperatur Solution

Heat Treatment

Waktu

Aging

icorr

(µA. cm-2)

Laju Korosi

(mpy)

1. 970 °C 0 jam 0,15389 3,78

2. 970 °C 4 jam 0,15682 3,85

3. 970 °C 6 jam 0,16804 4,13

4. 970 °C 8 jam 0,14260 3,50

Tanpa Aging 4 6 8

3,4

3,5

3,6

3,7

3,8

3,9

4,0

4,1

4,2

Laju

Ko

rosi

(mp

y)

Waktu Aging (Jam)

Gambar 4. 3 Grafik Laju Korosi Ti-6Al-7Nb dengan Variasi Waktu Aging.

52

Korosi adalah proses elektrokimia secara berkelanjutan yang terjadi pada

permukaan logam yang melepaskan ionnya ke dalam media di sekitarnya. Ion yang

dilepaskan tersebut berpotensi dapat memicu kanker [51]. Sedangkan laju korosi

adalah kecepatan paduan untuk mengalami korosi terhadap waktu, semakin kecil

laju korosi maka ketahanan korosi paduan akan semakin baik. Thair dkk. dalam

penelitiannya telah mempelajari pengaruh solution treatment and aging pada

paduan Ti-6Al-7Nb terhadap ketahanan korosi paduan ini di dalam cairan simulasi

tubuh berupa larutan Ringer dan diperoleh bahwa paduan Ti-6Al-7Nb yang diberi

solution treatment pada temperatur di daerah α+β (850°C hingga 970°C) dan diikuti

oleh aging 550°C memiliki ketahanan korosi yang sangat baik dikarenakan fase

terlarut secara keseluruhan atau homogen [46].

Dari hasil penelitian ini diperoleh bahwa sampel dengan waktu aging 8

jam memiliki laju korosi yang paling rendah untuk paduan Ti-6Al-7Nb yaitu

sebesar 3,5 mpy yang artinya memiliki ketahanan korosi paling baik. Hal ini juga

ditunjukkan oleh nilai rapat arus (icorr) terendah pada sampel dengan waktu aging 8

jam. Nilai icorr sangat berpengaruh pada nilai laju korosi yang diperoleh. Semakin

kecil nilai icorr, maka semakin kecil pula laju korosinya [51]. Tabel 4.3 menunjukkan

nilai relatif untuk memperkirakan ketahanan korosi material. Berdasarkan tabel

tersebut, diperoleh bahwa nilai laju korosi sebesar 3,5 mpy merupakan tingkat

excellent, yang menunjukkan bahwa paduan Ti-6Al-7Nb memiliki ketahanan

korosi yang sangat baik [63].

53

Tabel 4. 3 Ketahanan Korosi Relatif [63]

Relative Corrosion

Resistance

Mils per year (mpy) Micrometer per year

(µm/year)

Outstanding <1 <25

Excellent 1-5 25-200

Good 5-20 100-500

Fair 20-50 500-1000

Poor 50-200 1000-5000

Unacceptable 200+ 5000+

Meningkatnya ketahanan korosi Ti-6Al-7Nb disebabkan karena semakin

banyak terbentuknya lapisan oksida yang stabil sehingga dapat melindungi

permukaan logam [64]. Okazaki menyatakan bahwa penambahan elemen paduan

berupa Nb, Zr, Ta, dan Pd pada paduan titanium menghasilkan lapisan oksida yang

kuat berupa Nb2O5, ZrO2, PdO, Ta2O5 yang dapat meningkatkan kekuatan lapisan

pasif TiO2 sehingga ketahanan korosi meningkat pada paduan titanium Ti-Al-Nb

dibandingkan dengan paduan Ti-Al-V [65]. Ti-6Al-4V diketahui dapat

menyebabkan penyakit osteomalasia dan Alzheimer karena pelepasan ion V dari

paduan dan keberadaan lapisan oksida V2O5 yang bersifat toksik [66].

Pembentukan lapisan pasif pada paduan Ti-6Al-7Nb dipengaruhi oleh

keberadaan Nb yang dapat menstabilkan lapisan pasif permukaan tersebut. Selain

itu, kation Nb meningkatkan sifat lapisan pasif permukaan dengan mengurangi

konsentrasi kekosongan anion yang terdapat pada TiO2 [50]. Selama proses

passivasi, Nb2O5 membentuk struktur padat pada lapisan permukaan sehingga lebih

tahan terhadap korosi di jaringan dan cairan tubuh, serta akan mengurangi

terjadinya komplikasi setelah proses implantasi [49].

54

-5 -4 -3 -2 -1 0

-1500

-1000

-500

0

500

1000P

ote

nti

al

(VS

CE)

Log Current (A/cm2)

Tanpa Aging

Aging 4 jam

Aging 6 jam

Aging 8 jam

Gambar 4. 4 Kurva Polarisasi Potensiodinamik Paduan Ti-6Al-7Nb dengan Variasi

Waktu Aging.

Kurva polarisasi potensiodinamik yang diperoleh setelah analisis dengan

metode Tafel pada software Thalles XT pada sampel Ti-6Al-7Nb dengan variasi

waktu aging 0, 4, 6, dan 8 jam dapat dilihat pada Gambar 4.4. Pada umumnya,

kurva polarisasi menunjukkan bahwa semua sampel mengalami proses pasivasi

ketika direndam dalam larutan Hanks [45]. Sampel dengan waktu aging 8 jam

memiliki laju korosi terkecil dan ketahanan korosi yang paling baik dikarenakan

pembentukan lapisan oksida yang paling banyak pada permukaan paduan tersebut

setelah proses aging, sehingga cenderung melepaskan lebih sedikit ion yang dapat

mengakibatkan korosi terhadap lingkungannya [51]. Selain itu, adanya unsur Nb

55

dalam jumlah yang cukup dan distribusinya yang seragam juga dapat menjadi

alasan ketahanan korosi yang sangat baik pada sampel tersebut [45].

4.3. Hasil Pengamatan Struktur Mikro

Selain analisis kekuatan tarik dan ketahanan korosi, dilakukan juga

pengamatan struktur mikro melalui pengujian metalografi untuk mengetahui

perubahan struktur mikro dan karakterisasi XRD untuk mengetahui fase yang

terbentuk pada paduan Ti-6Al-7Nb. Setelah proses pengamatan, dapat diketahui

struktur mikro yang terbentuk pada paduan titanium Ti-6Al-7Nb yang telah diberi

perlakuan panas Solution Treatment and Aging (STA) dengan variasi waktu aging.

4.3.1 Hasil Pengujian Metalografi

Pengujian metalografi dilakukan dengan menggunakan mikroskop optik

yang bertujuan untuk mengamati struktur mikro dari suatu material dan untuk

mengamati sifat mekanik dari material tersebut. Struktur mikro yang dihasilkan dari

material Ti-6Al-7Nb dengan variasi waktu aging ditunjukkan pada gambar-gambar

di bawah ini. Secara keseluruhan, struktur mikro yang terbentuk pada paduan Ti-

6Al-7Nb adalah lamellar dan memiliki dua fase yaitu fase α dan β. Fase α berwarna

terang yang berbentuk seperti jarum, dan di antara fase α terdapat area tipis

berwarna gelap yang merupakan fase β. Fase α terbentuk dari fase β saat proses

pendinginan (quenching). Namun, pada struktur mikro sampel tanpa aging, fase β

tidak terlihat terlalu jelas dimana bagian yang ditunjuk adalah fase β atau hanya

merupakan batas butir (grain boundaries) yang terbentuk saat proses quenching.

56


temperatur solution treatment 970°C, ditahan selama 1 jam, pendinginan dalam gas

argon, dan tanpa proses aging (Perbesaran 500 kali).



argon, dan aging pada temperatur 550°C selama 4 jam (Perbesaran 500 kali).

α

β

α

β

57



argon, dan aging pada temperatur 550°C selama 6 jam (Perbesaran 500 kali).


temperatur solution treatment 970 °C, ditahan selama 1 jam, pendinginan dalam gas

argon, dan aging pada temperatur 550 °C selama 8 jam (Perbesaran 500 kali).

α

β

α

β

58

Struktur mikro dipengaruhi oleh parameter utama yang dapat

mempengaruhi kekuatan tarik pada paduan titanium α+β yang berstruktur lamellar,

paremeter tersebut antara lain ketebalan lamel α, ukuran koloni lamel-α, dan ukuran

butir β [67]. Ketebalan lamel α merupakan fokus utama dalam pengamatan struktur

mikro pada penelitian ini. Semakin halus atau tipis lamel α, maka sifat mekaniknya

akan meningkat. Sampel dengan aging 4 jam memiliki lamel α yang lebih tebal

dibandingkan dengan sampel tanpa aging, sehingga sampel aging 4 jam memiliki

kekuatan yang lebih rendah. Kemudian, pada sampel aging 6 jam lamel α kembali

mengecil dan kembali menebal pada sampel aging 8 jam.

Sampel dengan waktu aging 6 jam merupakan struktur mikro dengan

ketebalan lamel α yang paling tipis atau halus, sehingga hasil pengamatan ukuran

lamel α ini mendukung nilai kekuatan tarik tertinggi pada penelitian ini yaitu pada

sampel dengan waktu aging 6 jam. Penurunan kekuatan setelah melewati waktu

aging 6 jam ini dikarenakan kondisi over aging akibat waktu aging yang terlalu

lama sehingga menyebabkan terjadinya penggabungan endapan dan ketebalan

lamel yang lebih besar [68].

4.3.2 Hasil Karakterisasi XRD

Pengujian XRD ini menggunakan sinar X dengan range sudut 10° – 80°

dan menggunakan panjang gelombang CuKα sebesar 1.54056 Å. Selanjutnya, hasil

karakterisasi XRD dianalisis menggunakan metode Rietveld refinement, yaitu

metode pencocokan antara kurva teoritis dengan kurva eksperimen sampai

diperoleh kesesuaian antara kedua kurva secara keseluruhan. Kurva teoritis

(kalkulasi) adalah kurva yang diperoleh dari analisis Rietveld, sedangkan kurva

59

eksperimen (observasi) adalah susunan pola antara sudut difraksi (2θ) dengan

intensitasnya yang diperoleh dari alat XRD. Kesesuaian antara kedua kurva

diusahakan dengan metode kuadrat terkecil (least square) yang dilakukan secara

berulang-ulang sehingga diperoleh kecocokan antara kedua kurva, hal ini berarti

terdapat kecocokan antara data yang diamati dengan data kalkulasi [69].

Tabel 4. 4 Parameter Struktural Paduan Ti-6Al-7Nb dari Pengujian XRD.

Waktu

Aging

Fase a (Å) b (Å) c (Å) α (°) β (°) γ (°) GoF

(%)

0 jam Ti-α AlTi 2,925 2,925 4,667 90 90 120 1,556

NbTi 2,942 2,942 4,68

4 jam Ti-α AlTi 2,925 2,925 4,667 90 90 120

1,448 NbTi 2,942 2,942 4,68

Ti-β NbTi 3,278 3,278 3,278 90 90 90

6 jam Ti-α AlTi 2,925 2,925 4,667 90 90 120

2,078 NbTi 2,942 2,942 4,68

Ti-β NbTi 3,278 3,278 3,278 90 90 90

8 jam Ti-α AlTi 2,925 2,925 4,667 90 90 120

2,223 NbTi 2,942 2,942 4,68

Ti-β NbTi 3,278 3,278 3,278 90 90 90

Dari hasil refinement yang dilakukan, diperoleh parameter kisi dan

Goodness of Fit (GoF) yang mengindikasikan kualitas dari penghalusan kurva.

Ketercapaian penghalusan dapat dilihat dari nilai GoF untuk setiap sampel.

Berdasarkan Tabel 4.4 diperoleh bahwa nilai GoF untuk setiap sampel memiliki

refinement dengan tingkat pencocokan kurva yang baik, yaitu dengan nilai GoF

kurang dari 4%. Nilai GoF yang kurang dari 4% merupakan batas yang masih

diterima untuk XRD [69].

Hasil analisis karakterisasi XRD dengan metode Rietveld refinement pada

Tabel 4.4 juga menunjukkan bahwa fase Ti-α pada paduan Ti-6Al-7Nb terdiri dari

60

dua fase yaitu AlTi dan NbTi yang berstruktur Hexagonal Closed-Packed (HCP),

sedangkan fasa Ti-β hanya terdiri dari NbTi yang berstruktur Body-Centered Cubic

(BCC). Pada sampel solution treatment 970°C tanpa aging hanya memiliki satu

fase berupa fase α, hal ini mungkin disebabkan fase β sepenuhnya berubah menjadi

fase α ketika proses pendinginan (quenching) tanpa ada fase β yang bertahan.

Sampel lainnya dengan waktu aging 4 jam, 6 jam, dan 8 jam memiliki dua fase

yaitu fase α yang berstruktur HCP dan fase β yang berstruktur BCC. Struktur dari

fase Ti-α dan Ti-β tersebut ditunjukkan pada tabel di atas, dimana pada struktur

heksagonal parameter kisinya adalah a=b≠c atau α=β≠γ, sedangkan pada struktur

kubik parameter kisinya adalah a= b=c atau α=β=γ.

Tabel 4. 5 Komposisi Fase α dan Fase β Paduan Ti-6Al-7Nb dengan Variasi

Waktu Aging.

Temperatur

Solution Treatment

Waktu

Aging

Fase Ti-α Fase Ti-β

AlTi NbTi NbTi

970 °C 0 jam 89,6 % 10,3 % -

970 °C 4 jam 55,7 % 36,0 % 8,3 %

970 °C 6 jam 35,7 % 58,8 % 5,5 %

970 °C 8 jam 34,3 % 62,3 % 3,4 %

Selanjutnya, dari hasil analisis dengan metode Rietveld refinement juga

dapat diketahui perbandingan persen berat antara fase Ti-α dan Ti-β yang dapat

dilihat pada Tabel 4.5. Dari tabel tersebut diperoleh bahwa sampel solution

treatment 970 °C tanpa aging sepenuhnya terdiri dari fase Ti-α sebesar 100%.

Sampel solution treatment 970 °C dengan aging 4 jam terdiri dari fase Ti-α sebesar

91,7% dan fase Ti-β sebesar 8,3%. Sampel solution treatment 970 °C dengan aging

6 jam terdiri dari fase Ti-α sebesar 94,5% dan Ti-β sebesar 5,5%. Sampel solution

treatment 970 °C dengan aging 8 jam terdiri dari fase Ti-α sebesar 96,6% dan Ti-β

61

sebesar 3,4%. Perbandingan komposisi fase Ti-α dan Ti-β juga dapat dilihat pada

Gambar 4.9.

Tanpa Aging 4 6 8

0

20

40

60

80

100

Ko

mp

os

isi

(%)

Waktu Aging (Jam)

Ti-

Ti-

Gambar 4. 9 Diagram Batang Komposisi Ti-α dan Ti-β Paduan Ti-6Al-7Nb dengan

Variasi Waktu Aging.

Selanjutnya, Gambar 4.10 menunjukkan pola difraksi dari sampel solution

treatment 970°C dengan variasi waktu aging 0, 4, 6, dan 8 jam pada temperatur

550°C, yang telah dianalisis dengan menggunakan metode Rietveld refinement.

Tiap puncak dari pola difraksi sinar-X dihasilkan oleh interferensi konstruktif dari

sinar monokromatik sinar-X yang tersebar pada sudut tertentu dari setiap bidang

kisi di dalam sampel [59].

62

10 20 30 40 50 60 70 800

410

820

1230

0

520

1040

1560

0

1400

2800

42000

650

1300

1950

2600

2Theta (°)

Tanpa Aging

Ti-

Ti-

Inte

nsit

as

(a

.u.)

Aging 4 Jam

Aging 6 Jam

Aging 8 Jam

Gambar 4. 10 Pola Difraksi Paduan Ti-6Al-7Nb dengan Variasi Waktu Aging.

63

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, diperoleh beberapa kesimpulan

sebagai berikut:

1. Nilai kekuatan tarik maksimum atau Ultimate Tensile Strength (UTS)

tertinggi dari paduan Ti-6Al-7Nb yaitu pada waktu aging 6 jam sebesar

748 MPa. Nilai UTS kembali menurun setelah melewati waktu aging 6

jam.

2. Nilai laju korosi terkecil paduan Ti-6Al-7Nb adalah 3,5 mpy pada

waktu aging 8 jam.

3. Struktur mikro paduan Ti-6Al-7Nb berbentuk lamellar yang terdiri dari

fase α dan fase β. Hasil karakterisasi XRD paduan Ti-6Al-7Nb

menunjukkan bahwa fase Ti-α terdiri dari AlTi dan NbTi yang

berstruktur heksagonal dan fase Ti-β terdiri dari NbTi yang berstruktur

kubik.

5.2. Saran

Saran yang dapat diberikan untuk penelitian selanjutnya antara lain:

1. Melakukan pengujian komposisi kimia untuk mengetahui kadar Nb

pada paduan Ti-6Al-7Nb.

2. Melakukan karakterisasi FTIR atau SEM-EDX untuk mengetahui

lapisan oksida yang terbentuk pada permukaan paduan.

64

DAFTAR PUSTAKA

[1] D. Implan et al., “Universitas Gadjah Mada, 2013 | Diunduh dari

http://etd.repository.ugm.ac.id/,” no. March 2006, pp. 1–3, 2013.

[2] M. Geetha, A. K. Singh, R. Asokamani, and A. K. Gogia, “Ti based

biomaterials, the ultimate choice for orthopaedic implants - A review,” Prog.

Mater. Sci., vol. 54, no. 3, pp. 397–425, 2009.

[3] M. Niinomi, “Mechanical properties of biomedical titanium alloys,” vol.

243, pp. 231–236, 1998.

[4] C. Cases, “World Journal of Clinical Cases © 2015,” vol. 3, no. 1, 2015.

[5] Y. Li, C. Yang, H. Zhao, S. Qu, X. Li, and Y. Li, “New Developments of Ti-

Based Alloys for Biomedical Applications,” pp. 1709–1800, 2014.

[6] U. A. Biomedis, C. Sutowo, F. Rokmanto, and M. K. Waluyo, “PENGARUH

VARIASI TEMPERATUR SOLUTION TREATMENT TERHADAP

STRUKTUR MIKRO DAN KEKUATAN PADUAN TI-6AL-,” no.

November, pp. 1–2, 2017.

[7] M. E. Putra, “Proses Solution Treatment Material Implan Berbasis Titanium

Paduan Tipe Α + Β ( Ti-6al-4v Dan Ti-6al-7nb ) Dan Tipe Β ( Ti -29nb-13ta-

4 , 6zr ) sebagai Komponen Fiksasi Tulang Patah,” vol. 21, no. 1, 2014.

[8] O. Carp, C. L. Huisman, and A. Reller, “Photoinduced reactivity of titanium

dioxide,” Prog. Solid State Chem., vol. 32, no. 1–2, pp. 33–177, 2004.

[9] Sofyan B. T., “Pengantar Material Teknik,” p. 2010, 2010.

[10] S. D. Nadila, “STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH PERLAKUAN

PANAS ANNEALING , QUENCHING MEDIA AIR DAN STRESS

RELIEF TERHADAP KEKUATAN , KEKERASAN DAN STRUKTUR

MIKRO TUBE CONDENSER CP-TI GRADE 2 EXPERIMENTAL

STUDY ON INFLUENCE OF HEAT TREATMENT ANNEALING ,

WATER QUENCHING AND ,” 2015.

[11] Y. M. Ahmed, K. Salleh, M. Sahari, M. Ishak, and B. A. Khidhir, “Titanium

and its Alloy,” no. May 2015, 2014.

[12] M. Park and T. Duerig, ASM Handbook Volume 23, vol. 23. 2012.

[13] Vydehi Arun Joshi, Titanium alloys: An atlas of structures and fracture

features, vol. 59, no. 3. 2008.

[14] K. E. Tanner, Titanium in Medicine, vol. 216, no. 3. 2002.

[15] C. Oldani and A. Dominguez, “Titanium as a Biomaterial for Implants,”

Recent Adv. Arthroplast., 2012.

65

[16] B. D. Ratner, A. S. Hoffman, F. J. Schoen, and J. E. Lemons, Biomaterials

Science: An Introduction to Materials in Medicine. 2004.

[17] K. A. Juga et al., “Stems Which Penetrate Deep Into the Femur Canal To

Hold Them in Place ) T Is Generally Used When There,” J. Kejuruter., vol.

4, pp. 107–113.

[18] M. Fellah et al., “Tribological behavior of Ti-6Al-4V and Ti-6Al-7Nb Alloys

for Total Hip Prosthesis,” Adv. Tribol., vol. 2014, 2014.

[19] J. Gallego et al., “Microstructural characterization of Ti-6Al-7Nb alloy after

severe plastic deformation,” Mater. Res., vol. 15, no. 5, pp. 786–791, 2012.

[20] E. D. Stoica, F. Fedorov, M. Nicolae, M. Uhlemann, A. Gebert, and L.

Schultz, “Ti6Al7Nb surface modification by anodization in electrolytes

containing HF,” UPB Sci. Bull. Ser. B Chem. Mater. Sci., vol. 74, no. 2, pp.

277–288, 2012.

[21] P. F. Barbosa and S. T. Button, “Microstructure and mechanical behaviour

of the isothermally forged Ti-6Al-7Nb alloy,” Proc. Inst. Mech. Eng. Part L

J. Mater. Des. Appl., vol. 214, no. 1, pp. 23–31, 2000.

[22] J. Wang et al., “Study on the mechanical property and microstructure of

surgical implanted Ti-6Al-7Nb titanium alloy,” Adv. Mater. Res., vol. 535–

537, pp. 945–949, 2012.

[23] M. V. Popa et al., “Mechanical and corrosion behaviour of a Ti-Al-Nb alloy

after deformation at elevated temperatures,” Mater. Corros., vol. 59, no. 12,

pp. 919–928, 2008.

[24] T. L. A. Ministry, B. Email, and M. Sh, “Corrosion and Structure

Characterization of Anodized Ti-6Al-7Nb Alloy,” vol. 32, no. 3, pp. 3–4,

2014.

[25] R. Ismail, Y. Umardani, I. B. Anwar, E. Saputra, Y. A. A. Dhaneswara, and

H. J. Jamari, “Analisis Metode Elemen Hingga pada Sendi Panggul Buatan

Saat Digunakan untuk Menjalankan Ibadah Salat,” no. Snttm Xiv, pp. 7–8,

2015.

[26] W. Liska and J. Dyce, “Total Hip Replacement,” Complicat. Small Anim.

Surg., pp. 778–833, 2017.

[27] A. N. Angga, “PENGARUH AGING 200oC DENGAN WAKTU 1-9 JAM

TERHADAP SIFAT MEKANIK PADA Al-Cu REMELTING,” 2018.

[28] J. Matthew J. Donachie, “Titanium_heat_treatment,” no. July, 2001.

[29] D. Abualnoun Ajeel, T. L. Alzubaydi, and A. K. Swadi, “Influence of Heat

Treatment Conditions on Microstructure of Ti-6Al-7Nb Alloy Used As

Surgical Implant Materials Influence of Heat Treatment Conditions on

Microstructure of Ti-6Al-7Nb Alloy As Used Surgical Implant Materials,”

Technol., vol. 25, no. 3, 2007.

66

[30] T. Dan and W. Tahan, “ANALISIS STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT

MEKANIK PADUAN AL 2014 HASIL PROSES AGING DENGAN

VARIASI,” 2014.

[31] R. B. S. Majanasastra, “PENGARUH VARIABLE WAKTU ( AGING

HEAT TREATMENT ) TERHADAP PENINGKATAN KEKERASAN

PERMUKAAN DAN STRUKTUR MIKRO,” vol. 3, no. 2, pp. 87–101,

2015.

[32] F. H. Froes, Titanium: Physical Metallurgy Processing and Applications,

vol. 53. 1989.

[33] J. Lin et al., “Effects of solution treatment and aging on the microstructure,

mechanical properties, and corrosion resistance of a β type Ti-Ta-Hf-Zr

alloy,” RSC Adv., vol. 7, no. 20, pp. 12309–12317, 2017.

[34] A. Zulfia, R. Juwita, A. Uliana, I. N. Jujur, and J. Raharjo, “Proses Penuaan

(Aging) pada Paduan Aluminium AA 333 Hasil Proses Sand Casting,” J.

Tek. Mesin, vol. 12, no. 1, pp. 12–20, 2010.

[35] J. Davis, “Handbook of Materials for Medical Devices,” ASM Int., pp. 205–

216, 2003.

[36] T. O. Standard, A. American, and N. Standard, “Specification ASTM E8,”

2013.

[37] K. M. Ibrahim, M. Mahmoud Moustafa, M. W. Al-Grafi, N. El-Bagoury, and

M. A. Amin, “Effect of solution heat treatment on microstructure and wear

and corrosion behavior of a two phase β-metastable titanium alloy,”

International Journal of Electrochemical Science, vol. 11, no. 4. pp. 3206–

3226, 2016.

[38] R. Sarkar, S. K. Kar, and A. Bhattacharjee, Effect of Solution Treatment and

Aging on Microstructure and Tensile. Elsevier Ltd, 2014.

[39] E. Lee, “MICROSTRUCTURE EVOLUTION AND MICROSTRUCTURE

/ MECHANICAL PROPERTIES RELATIONSHIPS IN α + β TITANIUM

ALLOYS,” 2004.

[40] C. W. Lin, C. P. Ju, and J. H. C. Lin, “Comparison among mechanical

properties of investment-cast c.p. Ti, Ti-6Al-7Nb and Ti-15Mo-1Bi alloys,”

Mater. Trans., vol. 45, no. 10, pp. 3028–3032, 2004.

[41] R. Dabrowski, “Effect of heat treatment on the mechanical properties of two-

phase titanium alloy Ti6Al7Nb,” Arch. Metall. Mater., vol. 59, no. 4, pp.

1713–1716, 2014.

[42] U. Indonesia, F. Teknik, D. Teknik, and M. Dan, “Lusiana npm :

0806422933,” 2010.

[43] Y. Y. Li, K. Harrison, M. A. Parker, V. Lyutsarev, and A. Tsaregorodtsev,

“Extension of the DIRAC workload management system to allow use of

67

distributed windows resources,” J. Phys. Conf. Ser., vol. 119, no. 6, 2008.

[44] E. Kobayashi, T. J. Wang, H. Doi, T. Yoneyama, and H. Hamanaka,

“Mechanical properties and corrosion resistance of Ti-6Al-7Nb alloy dental

castings,” J. Mater. Sci. Mater. Med., vol. 9, no. 10, pp. 567–574, 1998.

[45] A. Choubey, B. Basu, and R. Balasubramaniam, “Electrochemical behavior

of Ti-based alloys in simulated human body fluid environment,” Trends

Biomater. Artif. Organs, vol. 18, no. 2, pp. 64–72, 2005.

[46] L. Thair, U. K. Mudali, R. Asokamani, and B. Raj, “Influence of

microstructural changes on corrosion behaviour of thermally aged Ti-6Al-

7Nb alloy,” Mater. Corros., vol. 55, no. 5, pp. 358–366, 2004.

[47] V. Dewayanto and B. Sriyono, “Pengaruh Proses Aging Pada Paduan Co-

Cr-Mo Terhadap Kekerasan dan Ketahanan Korosi untuk Aplikasi

Biomedis,” J. Metal. dan Mater., vol. 15, no. 2, 2012.

[48] N. A. Al-Mobarak, A. A. Al-Swayih, and F. A. Al-Rashoud, “Corrosion

behavior of Ti-6Al-7Nb alloy in biological solution for dentistry

applications,” Int. J. Electrochem. Sci., vol. 6, no. 6, pp. 2031–2042, 2011.

[49] A. Kajzer et al., “Properties of Ti-6Al-7Nb titanium alloy nitrocarburized

under glow discharge conditions,” Acta Bioeng. Biomech., vol. 19, no. 4, pp.

181–188, 2017.

[50] S. L. De Assis, S. Wolynec, and I. Costa, “Corrosion characterization of

titanium alloys by electrochemical techniques,” Electrochim. Acta, vol. 51,

no. 8–9, pp. 1815–1819, 2006.

[51] M. Songür, H. Çelikkan, F. Gökmeşe, S. A. Şimşek, N. Ş. Altun, and M. L.

Aksu, “Electrochemical corrosion properties of metal alloys used in

orthopaedic implants,” J. Appl. Electrochem., vol. 39, no. 8, pp. 1259–1265,

2009.

[52] R. Ziegenhagen, L. Reclaru, L. C. Ardelean, and A. F. Grecu, “Corrosion

resistance of stainless steels intended to come into direct or prolonged

contact with the skin,” Materials (Basel)., vol. 12, no. 6, 2019.

[53] S. A. Ajeel, “Electrochemical Studies of Heat Treated Ti-6Al-7Nb,” vol. 26,

2008.

[54] ASTM International, “Standard Practice for Calculation of Corrosion Rates

and Related Information from Electrochemical Measurements,” Astm G 102

– 89, vol. 89, no. Reapproved, 1999.

[55] J. Sieniawski, W. Ziaja, K. Kubiak, and M. Motyk, “Microstructure and

Mechanical Properties of High Strength Two-Phase Titanium Alloys,” Titan.

Alloy. - Adv. Prop. Control, 2013.

[56] R. Filip, K. Kubiak, W. Ziaja, and J. Sieniawski, “The effect of

microstructure on the mechanical properties of two-phase titanium alloys,”

68

J. Mater. Process. Technol., vol. 133, no. 1–2, pp. 84–89, 2003.

[57] G. Lütjering, “Influence of processing on microstructure and mechanical

properties of (α + β) titanium alloys,” Materials Science and Engineering A,

vol. 243, no. 1–2. pp. 32–45, 1998.

[58] R. Dąbrowski, J. Krawczyk, and E. Rozniata, “Influence of the ageing

temperature on the selected mechanical properties of the Ti6Al7Nb alloy,”

Key Engineering Materials, vol. 641. pp. 120–123, 2014.

[59] A. A. Bunaciu, E. gabriela Udriştioiu, and H. Y. Aboul-Enein, “X-Ray

Diffraction: Instrumentation and Applications,” Crit. Rev. Anal. Chem., vol.

45, no. 4, pp. 289–299, 2015.

[60] R. Pederson, “LTU-LIC-0230-SE TESE.pdf,” 2002.

[61] A. Beiser, “Concepts of Modern Physics Sixth Edition,” Concepts Mod.

Phys., vol. 6, 2008.

[62] H. Budi, “Analisis Pengaruh Sifat Mekanik Material Terhadap Distribusi

Tegangan Pada Proses Deep Drawing Produk End Cup Hub Body Maker

dengan Menggunakan Software Oktober 2009,” Tugas Akhir, pp. 1–114,

2009.

[63] A. Feinberg, “Thermodynamic Degradation Science: Physics of Failure,

Accelerated Testing, Fatigue, and Reliability Applications by Alec

Feinberg,” MRS Bull., vol. 43, no. 3, pp. 244–244, 2018.

[64] T. A. Adler, D. Aylor, and A. Bray, “Corrosion: Fundamentals, Testing, and

Protection,” Corros. Fundam. Testing, Prot., 2018.

[65] Y. Okazaki, S. Rao, Y. Ito, and T. Tateishi, “Corrosion resistance,

mechanical properties: corrosion fatigue strength and cytocompatibility of

new Ti alloys without A1 and V,” Biomaterials, vol. 19, no. 13, pp. 1197–

1215, 1998.

[66] N. S. Manam et al., “Study of corrosion in biocompatible metals for

implants: A review,” J. Alloys Compd., vol. 701, pp. 698–715, 2017.

[67] X. Shi et al., “Microstructure-Tensile Properties Correlation for the Ti-6Al-

4V Titanium Alloy,” 2015.

[68] R. A. Siddiqui, H. A. Abdullah, and K. R. Al-belushi, “In ¯ uence of aging

parameters on the mechanical properties of 6063 aluminium alloy,” vol. 102,

pp. 234–240, 2000.

[69] P. Christianto, “Analisa Rietveld terhadap Transformasi Fasa ( α → β ) pada

Solid Solution Ti-3 at .% Al pada Proses Mechanical Alloying dengan

Variasi Milling Time,” J. Tek. Pomits, vol. 2, no. 1, pp. 2337–3539, 2013.

69

LAMPIRAN

A. DATA HASIL PENGUJIAN TARIK

Tabel A. 1 Hasil Pengujian Tarik

Berikut kurva stress-strain hasil dari pengujian tarik pada sampel Ti-6Al-7Nb :

1. Solution Treatment 970 °C, tanpa Aging

Kode Sampel

Sampel Elongation (%)

Rata-rata Elongation

(%)

UTS (MPa)

Rata-Rata UTS

(MPa)

YS (0.2%

Offset)

Rata-rata YS

(0.2% Offset)

T2

1 1,3 2,3

715 690

239 268

2 4 658 198

3 1,6 697 368

T2-T4

1 2,4 1,5

665 627

187 358

2 1,8 635 401

3 0,5 582 486

T2-T6

1 3,5 3,6

701 748

123 136

2 4,4 723 114

3 2,8 820 170

T2-T8

1 4,1 3,1

585 696

72 128

2 2,1 730 170

3 3,1 774 143

I

70

Gambar A. 1 Kurva Stress-Strain Sampel Ti-6Al-7Nb Solution Treatment 970°C, tanpa

Aging.

II

III

71

2. Solution Treatment 970 °C, dengan Aging 550 °C selama 4 Jam

Gambar A. 2 Kurva Stress-Strain Sampel Ti-6Al-7Nb Solution Treatment 970°C, Aging

550 °C selama 4 Jam.

I

II

III

72




I

II

III

73




I

II

III

74

B. DATA HASIL PENGUJIAN KOROSI

Tabel B. 1 Hasil Pengujian Korosi

Temperatur

Solution

Treatment

Waktu

Aging

Kode

Sampel

icor

(µA. cm-2)

Laju Korosi

(mpy)

970 °C 0 jam T2 0,15389 3,78

970 °C 4 jam T2-T4 0,15682 3,85

970 °C 6 jam T2-T6 0,16804 4,13

970 °C 8 jam T2-T8 0,1426 3,5

Perhitungan laju korosi paduan dengan metode Tafel menggunakan rumus:

CR = Kicorr

ρ EW

Diketahui:

- CR = Laju korosi (mpy)

- icorr = Arus current density korosi (µA. cm-2),

- K = 0,1288 (mpy g. µA-1. cm-1)

- ρ = 4,51 (g/cm3)

- EW Ti-6Al-7Nb = (1 × 47,867) + (6 × 26,98) + (7 × 92,91) = 860,12

75

Tabel B. 2 Perhitungan Laju Korosi

Solution Treatment 970 °C tanpa Aging

CR = 0,1288 0,15389

4,51 860,12 = 3,78 mpy

Solution Treatment 970 °C dengan Waktu Aging 4 jam

CR = 0,1288 0,15682

4,51 860,12 = 3,85 MPY


CR = 0,1288 0,16804

4,51 860,12 = 4,13 MPY


CR = 0,1288 0,1426

4,51 860,12 = 3,5 mpy

analisis variasi waktu aging terhadap kekuatan tarik, ketahanan...

Documents