pengaruh unsur (b, co, cu, pd) p ada interdifusi sambungan...

6
- p~ ~ N~ H~ N~ k... ~ XKt 3. 15SN 1410-'7~g~ PENGARUH UNSUR(B, Co, Cu, Pd) P ADA INTERDIFUSI SAMBUNGAN W DAN Ni3AI I Nyoman Jujur KelompokPengecoran dan Penyambungan, Direktorat Teknologi Material,BPPT ABSTRAK PENGARUH UNSUR (B, Co, Cu, Pd) PADA INTERDIFUSISAMBUNGAN W DAN Ni3A1. Dalam rangka penggunaanmaterial komposit pada temperatur tinggi diperlukan data dasar tentang karakteristik interdifusi antar-muka antaramaterial penguat (serat)dengan matrik, sehinggabisa dipilih kombinasimaterial yang tepat untuk menjaminkestabilankekuatanpada temperatur tinggi. Riset ini menggunakan SEM- EDAXdan TEM-EDX untuk menelitipengaruh unsur paduanpada interdifusi di antar-muka sambungan antara W sebagai kandidatseratdengan matrik NiJAI. Sambungan dilakukan pada 1373K dalam kondisi vakum antara W dengan Ni-23AI, Ni-23AI+B, Ni7sA123CO2, NI7sAI23Cu2 dan Ni7sA123Pd2. Profil komposisi unsur-unsur di antar-muka dianalisa dengan SEM-EDAX. B merupakan paduan yang tidak mempengaruhi karakteristik interdifusidi antar-muka dibandingkan sambungan tanpa unsur paduan, begitu pula unsur paduan Co dan Cu. Pd mempengaruhi bentukprofil komposisi di antar-muka karenakoefisien interdifusi sambungan W/Ni7sAI23Pd2 adalah 1,6 kali lebih besar dibandingkan sambungan W/Ni-23AI. Hasil perhitungan koefisien interdifusi denganmetode Matano adalah : W/Ni7sAI23Pd2 = 8 x 10 -17 m2s-1, W/Ni-23AI = 5 x 10 -17 m2s-1. ABSTRACT EFFECTS OF B,Co,Cu,PdELEMENTS ON INTERDIFFUSION JOINT OF WAND Ni3AI. In order to considercomposite materials for high temperature application, basic data about the interdiffussion characteristics at interface between reinforced material and matrixis needed. So, the suitablecombination of materialis determined to achieve the high stabilitystrengthof composites at elevated temperatures. This research used SEM-EDAX and TEM-EDXto investigate the effect of alloying element to the interdiffussion at the interface betweenW as fiber candidateand matrix Ni3Al.Joining processesbetweenWand Ni-23AI,Ni-23AI+B, Ni7sA123C02, NI7sAI23Cu2 and Ni7sAI23Pd2 are done at 1373K in the vacuum condition. The chemical composition is analyzed using SEM-EDAX. B, Co and Cu are alloying element that not affected the interdiffusion characteristics at the interface.However, Pd is the alloying element that influences of the coefficient interdifusion to be 1.6 higherthan joining with no alloying element.The coefficientof interdifusion that calculated by the Matano method are: W/Ni7sAI23Pd2 = 8 x 10 -17 m2s-1, W/Ni-23AI = 5 x 10 -17 m2s.1 PENDAHULUAN Material rekayasa komposit terns dikembangkan untuk mendapatkan material barn yang tahan temperatur tinggi sebagai pengganti material konvensional seperti supera//oy, paduan Nb, paduan Ta, paduan Mo, paduan V, paduan W, daD sebagainya. Pengembangan tersebut bertujuan untuk mendapatkan material yang lebih ringan, berkekuatan stabil pacta temperatur tinggi daD menyamai bahkan melebihi material konvensional. Komposit untuk penggunaan temperatur tinggi memerlukan bahan matrik yang tahan temperatur tinggi seperti Nb, Ta, Ni daD paduan intermetalik. Bahan intermetalik Ni3AI adalah kandidat barn matrik komposit karena selain ringan, tahan oksidasi, tahan korosi, struktumya stabil sampai temperatur mendekati titik lelehnya, juga mempunyai sifat yang unik yaitu kekuatann~a semakin tinggi pacta kenaikan temperatur tertentu [1- J. Kelemahan intermetalik Ni3Al ialah sifatnya yang rapuh sehingga sulit dibentuk. Banyak riset yang dilakukan akhir-akhir ini untuk menghilangkan sifat tersebut. Penambahan unsur-unsur paduan pacta Ni3Al mampu menaikkan sifat kekenyalan daD kekuatannya, seperti penambahan dengan unsur B yang mampu menaikkan kekenyalan pacta temperatur ruangan. Penambahan Pd, Hf, daD Zr mampu menurunkan ordering energi sehingga kekenyalan Ni3Al bertambah, Hf juga mampu menaikkan tegangan puncak, sedangkan Zr mampu memperbaiki sifat tahan krip Ni3Al [3-7]. Komposit penguatan matrik Ni3Al dengan serat keramik telah banyak dilakukan. Material penguat keramik dipilih dengan alasan ringan, tahan korosi dan tahan temperatur tinggi. Akan tetapi setelah bahan komposit tersebut diuji pacta temperatur tinggi beberapa masalah timbul seperti reaksi paduan yang terbentuk daD mudah berkembang di antar muka daD ikatan bonding 51 ~, 2"J~ 2000

Upload: ngoliem

Post on 10-Mar-2019

215 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

-p~ ~ N~ H~ N~ k... ~ X Kt 3. 15SN 1410-'7~g~

PENGARUH UNSUR (B, Co, Cu, Pd) P ADA INTERDIFUSISAMBUNGAN W DAN Ni3AI

I Nyoman Jujur

KelompokPengecoran dan Penyambungan, Direktorat Teknologi Material, BPPT

ABSTRAK

PENGARUH UNSUR (B, Co, Cu, Pd) PADA INTERDIFUSI SAMBUNGAN W DAN Ni3A1. Dalam rangka penggunaan materialkomposit pada temperatur tinggi diperlukan data dasar tentang karakteristik interdifusi antar-muka antara material penguat (serat) dengan matrik,sehingga bisa dipilih kombinasi material yang tepat untuk menjamin kestabilan kekuatan pada temperatur tinggi. Riset ini menggunakan SEM-EDAX dan TEM-EDX untuk meneliti pengaruh unsur paduan pada interdifusi di antar-muka sambungan antara W sebagai kandidat serat denganmatrik NiJAI. Sambungan dilakukan pada 1373K dalam kondisi vakum antara W dengan Ni-23AI, Ni-23AI+B, Ni7sA123CO2, NI7sAI23Cu2 danNi7sA123Pd2. Profil komposisi unsur-unsur di antar-muka dianalisa dengan SEM-EDAX. B merupakan paduan yang tidak mempengaruhikarakteristik interdifusi di antar-muka dibandingkan sambungan tanpa unsur paduan, begitu pula unsur paduan Co dan Cu. Pd mempengaruhibentuk profil komposisi di antar-muka karena koefisien interdifusi sambungan W/Ni7sAI23Pd2 adalah 1,6 kali lebih besar dibandingkan sambunganW/Ni-23AI. Hasil perhitungan koefisien interdifusi dengan metode Matano adalah : W/Ni7sAI23Pd2 = 8 x 10 -17 m2s-1, W/Ni-23AI = 5 x 10 -17 m2s-1.

ABSTRACT

EFFECTS OF B,Co,Cu,Pd ELEMENTS ON INTERDIFFUSION JOINT OF WAND Ni3AI. In order to consider composite materials forhigh temperature application, basic data about the interdiffussion characteristics at interface between reinforced material and matrix is needed. So,the suitable combination of material is determined to achieve the high stability strength of composites at elevated temperatures. This research usedSEM-EDAX and TEM-EDX to investigate the effect of alloying element to the interdiffussion at the interface between W as fiber candidate andmatrix Ni3Al. Joining processes between Wand Ni-23AI, Ni-23AI+B, Ni7sA123C02, NI7sAI23Cu2 and Ni7sAI23Pd2 are done at 1373K in the vacuumcondition. The chemical composition is analyzed using SEM-EDAX. B, Co and Cu are alloying element that not affected the interdiffusioncharacteristics at the interface. However, Pd is the alloying element that influences of the coefficient interdifusion to be 1.6 higher than joining withno alloying element. The coefficient of interdifusion that calculated by the Matano method are: W/Ni7sAI23Pd2 = 8 x 10 -17 m2s-1, W/Ni-23AI = 5 x 10-17 m2s.1

PENDAHULUAN

Material rekayasa komposit terns dikembangkanuntuk mendapatkan material barn yang tahan temperaturtinggi sebagai pengganti material konvensional sepertisupera//oy, paduan Nb, paduan Ta, paduan Mo, paduanV, paduan W, daD sebagainya. Pengembangan tersebutbertujuan untuk mendapatkan material yang lebih ringan,berkekuatan stabil pacta temperatur tinggi daD menyamaibahkan melebihi material konvensional.

Komposit untuk penggunaan temperatur tinggimemerlukan bahan matrik yang tahan temperatur tinggiseperti Nb, Ta, Ni daD paduan intermetalik. Bahanintermetalik Ni3AI adalah kandidat barn matrik kompositkarena selain ringan, tahan oksidasi, tahan korosi,struktumya stabil sampai temperatur mendekati titiklelehnya, juga mempunyai sifat yang unik yaitukekuatann~a semakin tinggi pacta kenaikan temperaturtertentu [1- J. Kelemahan intermetalik Ni3Al ialah sifatnya

yang rapuh sehingga sulit dibentuk. Banyak riset yangdilakukan akhir-akhir ini untuk menghilangkan sifattersebut. Penambahan unsur-unsur paduan pacta Ni3Almampu menaikkan sifat kekenyalan daD kekuatannya,seperti penambahan dengan unsur B yang mampumenaikkan kekenyalan pacta temperatur ruangan.Penambahan Pd, Hf, daD Zr mampu menurunkanordering energi sehingga kekenyalan Ni3Al bertambah,Hf juga mampu menaikkan tegangan puncak, sedangkanZr mampu memperbaiki sifat tahan krip Ni3Al [3-7].

Komposit penguatan matrik Ni3Al dengan seratkeramik telah banyak dilakukan. Material penguatkeramik dipilih dengan alasan ringan, tahan korosi dantahan temperatur tinggi. Akan tetapi setelah bahankomposit tersebut diuji pacta temperatur tinggi beberapamasalah timbul seperti reaksi paduan yang terbentuk daDmudah berkembang di antar muka daD ikatan bonding

51~, 2" J~ 2000

p~ u~ (£', (?o, &, pJ.) p~ ,~ ~ w u... N~l.IN~J~.

yang lemah antara matrik clan serat. Komposit penguatanmatrik Ni3Al dengan serat SiC, B4C, TiBz clan Hfnmempunyai antar muka yang mempunyai reaksi paduan,sedangkan penguatan matrik Ni3Al dengan serat AlzO3mempunyai kekuatan antar muka yang rendah karenatidak adanya ikatan bonding [8-14], Oleh karena itu risetini memilih W sebagai kandidat serat penguat matrik

Ni3Al.

c,Jxdc = 0

c,Jadi berdasarkan persamaan 2 antar muka Matanoditetapkan sebagai garis x = O.

x ~Gambar 1 Skematis diagram Metode Matano

Antar muka berfungsi untuk menyalurkan bebandaTi matrik ke serat dan sebaliknya, sehingga strukturmikro antar muka memegang peranan yang sangatpenting untuk menentukan kekuatan material komposit.

Penggunaan komposit pacta temperatur tinggimemerlukan kestabilan struktur mikro antar muka, hal inisangat tergantung daTi mekanisme difusi antar elemen didekat antar muka. Riset sebelumnya telah mendapatkanbasil bahwa penambahan kandungan Ni pacta NiJAImampu menurunkan jumlah Kirkendal void di antarmuka karena koefisien interdifusi sambungan W /Ni75AI25 (9,6 x 10 -17 m2s-1lebih besar dibandingkansambungan W/Ni77A12J (5 x 10 -17 M2s-1 [15-161.

Riset ini memlilih matrik NiJAI dengankandungan Ni yang lebih besar/Ni-23AI yang disambungdengan W, sambungan dibentuk dengan metode difusion

bonding pacta temperatur tinggi. Pengaruh penambahanunsur paduan pacta matrik terhadap besarnya perhitungankoefisien interdifusi diteliti menggunakan SEM-EDAX.Data dasar ini akan sangat berguna untuk perencanaanpembuatan dan meramalkan kestabilan mikrostrukturpacta temperatur tinggi bahan komposit penguatan matrikNiJAI dengan serat W.

METODE PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan di Institute forMaterials Research, Tohoku University, Jepang. Bahanintermetalik Ni77Al23 atau 87,926% berat Ni dibuatdengan proses arc-melting dalam kondisi gas argondengan bahan baku Ni mumi (99,9 %) daD Al mumi(99,99%). Untuk mendapatkan kondisi paduan yanghomogen, proses peleburan dilakukan 4 kali secaraberulang-ulang dengan diselingi membalik posisi ingot.Paduan lain: Ni-23Al + 0,05 wt6/oB, NhsA123Pd2,NhsAI23CO2, daD NhsAl23Cu2 juga dibuat dengan prosespeleburan yang sarna dengan Ni-23AI. Komposisi kimiaingot kemudian dihomogenkan lagi dengan proses lakupanas pada temperatur 1323K, selama 172,8 ks, dalamkondisi vakum 6 X 10-4 Pa. Ingot kemudian dipotongden~an wire cutter menjadi ukuran balok IOxIOx5(t)mm.

PERHITUNGAN KOEFISIENDENGAN METODE MATANO

INTERDIFUSI

W murni dibuat dengan proses tempa swagingmethod dalam bentuk batangan berdiameter 12 mm danpanjang 300 mm, yang diperoleh dari pabrik pembuatTokyo Tungsten. Batangan W ini dipotong dengan tebal5mm.

Metode Matano digunakan untuk menghitungkoefisien interdifusi di antar muka, dimana perhitunganini didasarkan alas profil distribusi salah satu unsur yangberdifusi melintasi garis batas antar muka. Skematisdiagram yang biasa digunakan untuk menghitungk?efis~en interdifusi denran metode Matanodlperllhatkan pada gambar 1 [17 .

Koefisien interdifusi pada daerah antara C 1 danC2 dapat dihitung berdasarkan persamaan :

(1)

Permukaan hasil potongan baik ingot maupunW kemudian dihaluskan secara polishing mekanisdemulai dengan kekasaran bahan abrasif #240 sampai#1500. Selanjutnya hasil polishing dicuci secaraultrasonik di dalam aseton selama 30 menit. Sebelumdigabungkan permukaan yang akan disambungdibersihkan terlebih dahulu dengan ethanol.

Penyambungan secara difusion bonding dilakukandengan mesin uji tarik Simadzu menggunakan jig yangbiasa digunakan untuk uji tekan. Gaya yang bekerja padapermukaan yang akan disambung diatur sebesar 10 Mpa,yang diberikan sebelum proses pemanasan clandihilangkan setelah material yang disambung dingin.

Oi mana, t : lama laku panas,dx/dc : slope pada titik yang dihitung,"1

J xdc : luas penampang yang dihitung"2Oalam hal ini harns ditetapkan pusat sumbu

koordinat antar muka Matano pada daerah :

~I zg J.-.:. 200052

p~ l/...,... (E. (?,. (?.. pJ.) P..J.. ,~ ~ W ""'" N~,Al.'N~J~.

kekuatan bahan. Penambahan B juga mampu membuatperubahan sifat Ni3Al dari rapuh menjadi liat daDberkekuatan tinggi yang dicirikan dengan adanyaperubahan patahan dari batas butir menjadi di dalambutir [19,201. Sejenis dengan fungsinya untuk menaikkankekuatan batas butir pacta Ni3AI, maka di duga dalamriset ini boron juga efektif menaikkan kekuatansambungan antara W daD Ni-23AI. Untuk itu diperlukanriset lebih lanjut untuk membuktikan dugaan ini.

100- W/Ni-23AI+O.O5wt.%B~(ij~ 75

Laju pernanasan dan pendinginan diatur konstan sebesar0.3K/s. Ternperatur penyarnbungan adalah 1373K dalamkondisi vakurn 6 x 10 -4 Pa.

Hasil proses penyarnbungan kernudian dipotongdengan wire cutter, di-po/ishing, untuk analisa strukturmikro. Pengarnatan struktur rnikro antar mukasarnbungan dilakukan dengan SEM. Kornposisi kirniaantar muka sarnbungan secara kwantitatif dianalisadengan SEM-EDAX dan TEM-EDX. Pacta rnasing-rnasing posisi analisa yang berjarak sarna dari posisiantar rnuka dilakukan 5 kali pengukuran, kemudiandicari nilai rata-ratanya.

Pengaruh Waktu perlakuan panas terhadap interdifusidi antar rnuka diteliti dengan melakukan proses

perlakuan panas pacta sambungan pacta ternperatur1373K dalam kondisi vakurn 6 x 10 -4 Pa, selama 100

dan 200 jam. Struktur rnikro sambungan setelah prosesperlakuan panas juga dianalisa dengan SEM-EDAX.

50

25

W/Ni-23AIBASIL DAN PEMBABASAN

0-~100-16

75-

50,Hasil Pengamatan SEM-EDAX lnterdifusi Elemen diAntarmuka

Perbandingan hasil analisa SEM-EDAX diantarmuka antara penarnbahan unsur pactum B dengantanpa unsur paduan pacta Ni-23Al diperlihatkan pactagambar 2. Sumbu horisontal menyatakan jarakpengujian, di mana sumbu Dol adalah tepat di garisantarmuka, sedangkan sumbu positip berarti daerah WdaD sumbu negatif berarti daerah Ni-23AI. Sumbuvertikal adalah komposisi kimia dalam proseD atom.Penarnbahan unsur pactum B tidak mempengaruhi profilkomposisi elemen-elemen di sekitar antar muka, bentukprofil komposisi Ni, AI dan W rata-rata sarna untukpenyambungan dengan paduan dan tanpa paduano Profilunsur Ni terlihat masuk lebih jauh menuju ke daerah W,begitu juga W masuk menuju daerah Ni-23AI.Sedangkan profil komposisi AI terlihat tidak masuk lebihjauh ke daerah W dibandingkan Ni. lni berarti pactakondisi setelah penyambungan terjadi interdifusi antaraW dan Ni. W masuk sarnpai barns larutan padat (solidsolution) ke daerah Ni3Al, begitu pula Ni masuk sampaibatas larutan padat ke daerah W. Paper sebelumnyamengulas tentang pengaruh unsur B terhadap kekuatanantar-muka sambungan, di mana penambahan unsurpaduan mampu menaikkan secara dramatis kekuatansambungan bila dibandingkan dengan tanpa penambahanB [18],

--a- N i

-AI--W

25

O,~.,. ...;\~p .-12 -8 -4 0 4 8 12

Distance I fl m

Gambar 2 Hasil analisa SEM-EDAX profil komposisikimia di antar-muka sambungan W/NiJAI untuk

penambahan unsur paduan borondengan tanpa unsur paduan

Gambar 3 memperlihatkan pengaruh unsur Co,Cu dan Pd pacta perubahan profil masing-masing unsur diantar-muka. Bentuk profil unsur-unsur yang berdifusi diantar-muka W/Ni7sA123Co2 dan W/Ni7sA123Cu2 sarna,terutam'a profil unsur paduan Co dan Cu. Akan tetapi,bentuk profil unsur-unsur yang berdifusi padasambungan W/Ni7sA123Pd2 nampak beda dibandingkankedua sambungan terse but, seperti nampak pada gambar2c. Bentuk profil komposisi unsur Pd berbeda dengan Codan Cu, begitu juga profil unsur Al dan W. Komposisi Alnampak menurun di dekat antar-muka begitu pila unsurW nampak masuk ke bagian Ni3AI. Pengamatan SEM-EDAX pada pengaruh unsur terhadap profil interdifusi diantar-muka memberikan basil bahwa unsur Co dan Cutidak mempengaruhi profil komposisi unsur-unsur yangberdifusi, akan tetapi unsur Pd merubah profil komposisiAl daD W. Hal ini sesuai dengan pengamatan strukturmikro di antar-muka sebagaimana diulas pacta papersebelumnya, dimana' sambungan WI Ni7sAl23Pd2mempunyai Kirkendal Void lebih banyak dan bentuknyalebih besar dibandingkan sambungan W/Ni7sA123Co2 danW/Ni7sA123CU2 (18). Pd merupakan unsur paduan yangmempengaruhi interdifusi elemen di antar-muka.

Analisa SEM-EDAX memberikan hasil bahwapenambahan unsur paduan B tidak merubah aliran difusidi sekitar antar muka. Jadi penambahan kekuatansambungan tidak disebabkan oleh adanya difusi antarelemen di antar muka tetapi oleh pengaruh un sur paduanB. B merupakan unsur ringan daD diameter atomnyakecil sehingga mudah berdifusi daD berkumpul di tempatyang secara termodinamika kurang stabil seperti di batasbutir daD di daerah penyambungan. Sampai saat inibanyak riset yang mengulas pengaruh unsur B terhadap

53~I 2~ J~ 2000

P~ U~ IE. (?,. &. Poi) PAk '..tt..+ ~ w ~ N~Al., N~ J..,

W/Ni7sAI2sCO2

-AI---Ni-W-Co

W/Ni7sAI23CU2

W/Ni7SAI23Pd2

panas menyebabkan pergeseran letak phase boundary kearab daerah W m~ninggalkan antar-muka awal. Antar-muka awal dicirikan dengan adanya bintik-bintik putihpada gambar struktur mikro basil pengamatan denganSEM. Gambar 4 adalah salah satu basil pengamatanSEM-EDAX profil komposisi unsur-unsur yang berdifusisetelah perlakuan panas pada l373K selama 200 jam.Fase yang terbentuk di daerah W adalah basil difusiunsur Ni, Al yang masuk ke daerah W. Profil komposisiAl nampak menurun mendekati phase boundary clanprofil komposisi unsur W dari kira-kira 5 persen atom diphase boundary menurun ke arab Ni3Al.

Jadi rase Ni3Al bergeser ke arab W denganposisi Al digantikan sedikit demi sedikit dengan W,membentuk rase Ni3(Al, W). Riset sebelumnyamembahas tentang jumlah tertinggi W masuk kedalamNi3Al, di mana disebutkan bahwa W menggantikanposisi Al sampai batas 5%, jadi basil riset ini mendukungbasil riset sebelurnnya [21].

Unsur B, Co clan Cu tidak mempunyaipcmbahan kompc:;isi di dekat antar-muka dibandingkandengan Pd, maka dalam riset ini hanya dianalisainterdifusi elemen sambungan WINi7sA123Pd2. Gambar 5memperlihatkan basil pengamtan TEM-EDAX unsur-unsur yang ada di sekitar antarmuka sambunganWINi7sAl23Pd2 setelah perlakuan panas pada 1373Kselama 200 jam. Pd ikut berdifusi ke dalam fa5e barnbersama-sama Ni clan Al tetapi tidak ikut mas uk kedalam daerah W. Karakteristik unsur Al sarna dengan Pd.Ni terlihat masuk kedalam daerah W yang berdifusisampai batas larutan parlato

-AI-Ni-W-Pd

Gambar 3 Hasil analisa SEM-EDAX profil komposisikimia di antar-muka sambungan W/NiJAI untuk

penambahan unsur paduan Co, Cu dan Pd.

Ni

120

¥ w Ni

v ~

Ni~~..~ Tungsteni W/Ni ]~

Phase boundary

Original interface PdAlumunium

~.._~ "1

20small arains

0

~

-20-30 10 20 30-20 -10 0

Distance / ~

~-

l'1i£,

.-J, , , , , " ! ~

0123456789keY

Gambar 5 Hasil pengamatan TEM-EDX unsur-unsuryang ada di sekitar antar muka sambungan

WI Ni7sAI23Pd2Gambar 4 Hasil analisa SEM-EDAX profil komposisiunsur-unsur yang berdifusi setelah

proses perlakuan panas Koefisien interdifusi

Pengaruh Perlakuan Panas Terhadap Interdifusi diAntarmuka

Berdasarkan bentuk profil kornposisi unsur-unsur yang berdifusi di antar-rnuka, rnaka hanya unsur Wyang berubah secara teratur rnelintasi antar-rnuka. AIhanya berdifusi sarnpai garis phase boundary sarnaPengamatan struktur mikro sambungan

memberikan basil bahwa penambahan waktu perlakuan

~I 2g J~ 200054

-AI

==00-Cu

AI~ Nb7A123Pd2 "'

Ni

P~ U--. (g, c., &, Poi) P~ ,~ ~ w ~ N~Al.'N~J..-jI

Lim D(Nw) = D*w

Nw-+O

Jadi pada saat komposisi W mendekati nol makadapat ditentukan koefisien interdifusi antar-mukaberdasarkan substitusi W pada Ni3AI. Gambar 6memperlihatkann koefisien interdifusi sambunganW INi77AI23Pd2 lebih besar dibandingkan sambunganWINi-23AI, yakni D sambungan WINi77AI23Pd2 = 8 x 10-17 m2s-1 clan D sambungan WINi-23AI = 5 x 10 -17 m2s.

I. Jadi paduan Pd meninggikan angka koefisieninterdifusi sambungan WINi3AI sebesar 1,6 kali.

1373K";of/) 10-16 ' I I I I I

'"E

IA

~ 10-17;g"ij)00

dengan unsur Pd, jadi bCAl / bCx =0 daD bCPd / bCx=0. Profil kornposisi Ni konstan di daerah Ni3Alsehingga bCNi / bCx =0. Jadi berdasarkan rnetodeMatano koefisien interdifusi dapat dihitung berdasarkanperubahan profil kornposisi unsur W.

Laporan sebelurnnya rnenyebutkan bahwakoefisien interdifusi di antar rnuka dapat dihitungberdasarkan rnetode Matano, harus terlebih dahulurnelihat hubungan antara konstanta Boltzrnan denganperubahan konsentrasi elernen yang dipilih padaperubahan waktu perlakuan panas. Garnbar 6rnernperlihatkan basil pengarnatan perubahan konsentrasiW pada sarnbungan WINi77A123Pd2, setelah spesirnensarnbungan diberikan perlakuan panas pada ternperaturl373K selarna 3,6, 360, daD 720 ks. Surnbu vertikaladalah perubahan konsentrasi elernen W sedangkansurnbu horisontal adalah konstanta Boltzrnan yangrnerupakan perbandingan dengan jarak ke surnbu Matanodengan akar waktu laku panas (xlt o,s).

W/Ni75AI23Pd2 1373K

~~

..,..~

~

0 W/Ni-23AI-2Pd

0 W/Ni-23AI

10.187

,Q

~10"9111 I I I'~I

0 1 2 3 4 5 6

Concentration of W, N I at.o/~Ww

Gambar 7 Perbandingan koefisien interdifusi antarasambungan W/Ni77AI23Pd2 dan W/Ni-23AI

;(0

~ 6..;~ 5c

.0~ 4E~ 3

~ 2

1KESIMPULAN

L:I ACID ~I ~~ I I I ~ A A ()

0 I:P

0 5 10 15 20 25 30 35

)(/t1/2 (10..9ms'1/2)

Gambar 6 Hubungan antara konsentrasi Wdengan konstanta Boltzman

Dari gambar tersebut terlihat jelas bahwawalaupun waktu laku panas diperpanjang, terlihatkecendrungan distribusi komposisi elemen W mengikutigaris lurus. Berdasarkan laporan sebelumnya dapatdikatakan bahwa koefisien interdifusi daTi elemen Wdapat dihitung berdasarkan metode Matano (22).

Hasil perhitungan dengan persamaan Imendapatkan nilai koefisien interdifusi di antar mukasambungan W INi3AI pada setiap titik. Gambar 7memperlihatkan perbandingan koefisien interdifusiantara sambungan WINi77Al23Pd2 daD WINi-23Al padasetiap titik di dekat antar-muka. Pada kandungan W=O,Do didapatkan melalui basil perpotongan antara sumbuvertikal dengan kurva lengkung. Menurut Araki et.al.berdasarkan penjabaran daTi rumus Darken maka dapatditentukan hubungan antara koefisien interdifusi dengandifusi daTi paduano Pada kandungan W mendekati nolmaka didapat hubungan :

Hasil analisa SEM-EDAX membuktikan bahwaunsur paduan B tidak mempengaruhi profil komposisiunsur-unsur yang berdifusi di antar-muka sambungan Wdengan Ni-23Al, di mana W masuk ke daerah Ni-23Aldan Ni masuk ke daerah W sebesar batas larutan padat

(solid solution).Unsur paduan Co dan Cu tidak mempengaruhi

profil komposisi unsur-unsur yang berdifusi di antar-muka sambungan W dengan Ni7sAl23Co2 danNi7sA123Co2. Akan tetapi, paduan Pd mempengaruhiperubahan profil komposisi Al dan W di antar-mukasambungan W dengan Ni7sA123Pd2. Analisa TEM-EDXmembuktikan bahwa Pd tidak masuk lebih jauh kedaerah W.

Proses perlakuan panas pada sambunganmembuat pergeseran rase Ni3Al bergeser masuk lebihdalam ke daerah W dengan pergantian posisi Al oleh Wsejumlah larutan padatnya, sehingga membentuk rasebaru Ni3(Al, W).

Koefisien interdifusi sambungan dapat dihitungdengan metode Matano. Koefisien interdifusi sambunganWINi77Al23Pd2 lebih besar dibandingkan sambunganWINi-23AI, yakni D sambungan WINi77Al23Pd2 = 8 x 10-17 m2s.1 dan D sambungan WINi-23AI = 5 x 10 -17 m2s.

~I 2g J~ 2000

P~ u~ (~, ~I &, Poi) PIoJ.-. (~ ~ I.J/ ~ N~Al.r N~ J..;

I. Jadi paduan Pd mampu meninggikan angka koefisieninterdifusi sambungan W /Ni3AI sebesar 1,6 kali.

DAFTARPUSTAKA

[1]. C.T. LIU, C.L. WHITE, AND J.A. HORTON, JR,Acta Metal, 33, 1985,231.

[2]. T.G. NIEH, K.R. FORBERS, T.C. CHOU, AND J.W ARDWOTH, Development in Ceramis andMetal-matrix Composites, adit. By KamleswarUpadhy, The Mineral, Metals and MaterialsSociety, 1991,85.

[3]. K. AOKI AND O. IZUMI, Trans.J.Japan Inst.Met., 43, 1979, 1190.

[4]. A. CHIBA, S. HANADA AND S. WATANABE,Mater. Trans.Jpn.Inst.Met., 31,1990,824.

[5]. A. CHIBA, S. HANADA AND S. WATANABE,Acta Metall. Mater, 39,1991,1799.

[6]. A. CHIBA, S. HANADA AND S. WATANABE,Scripta Metall. Mater. 25,1991,303.

[7]. A. CHIBA, S. HANADA AND S. WATANABE,Mater. Sci. Eng. A152, 1992, 108.

[8]. J.M. YANG, W.H. KAO AND C.T. LIU, Metall.Trans. A, 20A, 1989,2459.

[9]. J.M. YANG, W.H. KAO AND C.T. LIU,Mater.Sci.Eng. A, 107, 1989,81.

[10]. G.E. FUCHS, Metal.Cer.Mat.Comp., Process.Modell. Mech. Behaviour. Proc, edited by R.B.Bhagat, A.H. Clauer, P. Kumar and A.M. Ritter,

The Minerals Metals & Material Society, 1990,391.

[11]. C.G. MCKAMEY AND C.A. CARMECHAEL,Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 213,1991,1051.

[12]. J.H. SCHENEIBEL, E.P. GEORGE, C.G.MCKAMEY, E.K. CHRINER, M.L. SANTELLAAND CORMECHEL, J: Mater. Res., 6(8), 1991,J673.

[13]. O.SAHIN, S. NOURBARKHSH, W.H. RHEE,AND H. MARGOLIN, Metall. Trans.A, 23A, 1992,3151.

[14]. C.G. MCKAMEY, G.L. POVIRK, J.A. HORTON,T.N. TIEGS AND E.K. OHNIER, Proc. Mat. Res.Soc, MRS, 133, 1989,609.

[15]. I NY OMAN JUJUR, Jurnal Ilmiah Untag Jakarta,4, 1996,35.

[16]. I NYOMAN JUJUR, Majalah BPPT, LXXX, 1997,46.

[17]. C. MATANO, Japan J.Phys. 8,1933,109.[18]. I NYOMAN JUJUR, Metal Indonesia, Deperindag-

Balai Besar Pengembangan Industri Logam daDMesin, 017,1995,3.

[19]. K. AOKI AND 0 IZUMI, Nihon KinzokuGakkaishi, 41,1977, 170

[20]. M. TAKEYAMA AND C.T. LIU, Acta Metall.,36(5),1988,1241.

[21]. 1'!. KARSSON, J.lnst. Metals, 79, 391 (1951)[22]. K. HIRANO, Nihon Kinzoku Gakkaiho (dalam

bahasa Jepang), 167, 856.

TANYA-JAWAB

Penanya : Nanik Indayaningsih (P3FT -LIPI):I. Perkiraan suhu sambungan yang optimum bagaimana?2. Apa pengaruh penambahan Boron?3. Berapa tebal sampel?

Jawaban

1. Suhu optimum untuk penyambungan menurut beberapa literatur kira-kira 2/3 daTi temperatur leleh salahsatu bahan disambung.Boron ditambahkan untuk memperkuat ikatan sambungan antara W daD Ni3AI.Tebal sampel dalam percobaan ini adalah 10 rom.

2.

3.

Penanya: Sudinnan (P3IB-BATAN):1. Apa pengaruh unsur-unsur B, Pd, Co dan Cu terhadap lceku&tan sambungan W -Ni3AI. ?2. Bagaimana cara menentukan koefisien difusi masing-masing unsur?

Jawaban:B memperbaiki kekuatan sambungan sangat mencolok (patahan di luar sambungan). Co daD Cu tidakmempunyai pengaruh sedangkan Pd menurunkan kekuatan sambungan.Koefisien difusi dengan menggunakan metode Matado (diulas dalampaper).2.

~, 2g J~ 200056