SINTESIS
HIGH-CHROMIUM ODS STEEL
DENGAN CAMPURAN PASIR BESI LOKAL INDONESIA
MENGGUNAKAN HEM
(HIGH ENERGY BALL MILLING)
SKRIPSI
FauziyahAmini
0910442084
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
ii SINTESIS HIGH-CHROMIUM ODS STEEL DENGAN CAMPURAN PASIR BESI LOKAL INDONESIA MENGGUNAKAN HEM (HIGH ENERGY BALL
MILLING)
ABSTRAK
Telah dilakukan sintesis baja feritik ODS (Oxide Dispersion Strengthened) dengan memanfaatkan pasir besi lokal Indonesia dengan metode mechanical alloying menggunakan HEM (High Energy ball Milling). Komposisi baja feritik ODS mengacu pada komposisi baja ODS komersil PM2000, dan waktu milling divariasikan pada 10 jam dan 40 jam. Analisis dilakukan dengan membandingkan hasil sintesis baja feritik ODS-pasir besi (ODS PB) dengan baja feritik ODS PM2000 dengan unsur Fe murni. Melalui karakterisasi dengan XRD diketahui komposisi pasir besi terdiri dari Fe2O3, Fe3O4 dan FeTiO3. Hasil pengujian
menunjukkan bahwa waktu milling mempengaruhi ukuran kristal yang ditandai dengan adanya perubahan lebar puncak pada grafik hasil XRD, semakin lama waktu milling ukuran kristal semakin kecil. Hasil SEM-EDS (SEM-energy disversive spectroscopy) menunjukkan bahwa sebaran serbuk yang telah dimilling belum tercampur secara homogen. Pada serbuk ODS-PB maupun ODS PM2000 pada 40 jam milling terdapat aglomerasi, hal ini diduga terjadi karena proses mechanical alloying. Pada bentuk pelet ODS PM2000 menunjukkan bahwa fasa yang terbentuk adalah fasa Fe-Cr, sedangkan pada bentuk pelet ODS PB fasa yang terbentukadalah Fe dan MnCr2O4. Hal ini terjadi karena kandungan pasir
besi yang juga mengandung mineral-mineral lain. Pengujian kekerasan menunjukkan bahwa waktu milling dan porositas pada sampel mempengaruhi nilai kekerasan. Pada sampel ODS PB dengan 10 jam milling diperoleh nilai kekerasan tertinggi dibandingkan sampel lainnya, sehingga dapat disimpulkan bahwa penggunaan pasir besi sebagai sumber Fe pada proses sintesis ODS mampu meningkatkan nilai kekerasannya.
iii SYNTHESIS HIGH-CHROMIUM ODS STEEL WITH A MIX OF LOCAL IRON SAND INDONESIA USING HEM (HIGH ENERGY BALL MILLING)
ABSTRACT
ODS (Oxide Dispersion Strengthened) feritic steels has been synthesized by using Indonesian iron sand by applying mechanical alloying methods with HEM ( High Energy Ball Miling). The composition of ODS feritic steels is based on the composition used in commercial ODS steels PM2000, and for the milling time was varied for 10 hours and 40 hours. The analysis was done by comparing the result of synthesis of ODS feritic steels with iron sand (ODS PB) with ODS feritic steels PM2000 by containing element of pure Fe. By characterizing with XRD it will be known the composition of iron-sand is consisting Fe2O3, Fe3O4 dan
FeTiO3. Test results showed that milling time influenced crystal size which can be
seen in the change of the width of chart peak XRD result, which can be said that the longer the milling time the smaller the crystal size will be. The result of SEM-EDS (SEM-Energy disversive spectroscopy) showed that spread milled powder had not mixed homogeny. Both ODS-PB powder and ODS PM2000 in 40 hours milling has agglomerations. This can be caused of mechanical alloying process. ODS PM2000 made Fe-Cr, yet in ODS PB made Fe and MnCr2O4. This can be
caused of the content of iron sand also contains other minerals. The hardness test showed that milling time and porosity in the sample influence the hardness value. In the ODS PB which had 10 hours milling had the highest hardness value than other samples, so it can be concluded that the use of iron sand as the source of Fe in the process of ODS synthesis can increase its hardness value.
1
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Salah satu industri yang cukup berkembang di Indonesia saat ini adalah industri baja. Peningkatan jumlah industri di bidang ini berkaitan dengan tingginya kebutuhan terhadap baja. Jenis baja yang sangat dibutuhkan diantaranya adalah baja yang tahan terhadap kondisi lingkungan yaitu tahan terhadap temperatur tinggi serta tahan terhadap korosi. Baja Oxide Dispersion Strengthened (ODS) merupakan baja maju yang dikembangkan untuk aplikasi suhu tinggi (Suryanarayana, 2001).
Baja ODS ini menunjukkan karakteristik bahan yang berguna dalam aplikasi nuklir di masa depan dan merupakan salah satu kandidat material kelongsong bahan bakar dan struktur reaktor nuklir fisi (Generation IV Reactors) (Klueh, 2005). Baja ODS sedang dikembangkan untuk aplikasi nuklir fisi dan fusi di Jepang, Eropa, dan Amerika Serikat (Ukai, 2002). Paduan ODS komersil yang tersedia dan digunakan dalam jumlah terbatas yaitu MA956 dan PM2000 dari Special Metals Corporation in the United States and Metallwerk Plansee GmbH
in Germany.
2 PM2000 menawarkan ketahanan oksidasi yang baik, terutama pada suhu operasi tinggi (>1000°C). Baja ODS dikembangkan dengan teknik sebaran partikel-partikel oksida halus secara merata pada kisi-kisi bahan. Proses tersebut dilakukan menggunakan teknologi metalurgi serbuk (powder metallurgy) dengan teknik pemaduan mekanik (mechanical alloying) (Suryanarayana, 2001). Material dengan teknik sebaran partikel oksida ini memiliki keunggulan karena partikel-partikel oksida tersebar merata diseluruh matriks (Walker dkk, 2009). Adapun partikel oksida yang digunakan pada umumnya adalah partikel yttria oksida (Y2O3) dan titanium oksida (TiO2).
Mechanical alloying (MA) adalah proses pengolahan solid-state serbuk dengan teknik menyertakan pengulangan penggabungan, penghancuran, dan penggabungan kembali (rewelding) untuk butiran serbuk pada high energy ball mill (HEM). MA dapat digunakan untuk sintesis larutan padatan, nano
partikel, paduan amorf, intermetalik, dan komposisi kimia. Proses MA sebagian besar dipengaruhi oleh termodinamik dan sifat kinetik pada sistem serbuk, intensitas milling dan temperatur (Suryanarayana, 2003).
3 ODS PM2000 untuk solusi prototip cepat dengan menggunakan proses SLM yang ditunjukkan dengan terbentuknya ketebalan dinding konsolidasi tunggal (Walker dkk, 2009).
Dalam studi ini dilakukan sintesis baja feritik ODS PM2000 dengan campuran pasir besi menggunakan metode MA menggunakan HEM. Komposisi bahan baja ODS PM2000 yang terdiri dari 73,5% Fe-20% Cr-5,5% Al-0,5% Ti-0,5% Y2O3 dengan waktu milling 10 jam dan 40 jam untuk melihat pengaruh
perbedaan waktu milling terhadap karakteristik sampel. Penelitian ini difokuskan untuk melihat pengaruh penambahan pasir besi pada komposisi ODS PM2000dan pengaruh waktu milling pada sintesis baja feritik ODS. Analisis hasil sintesis dilakukan melalui pengujian SEM-EDS (Scanning Electron Microscope – Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) untuk mengetahui morfologi dari hasil proses milling, pengujian XRD (X-ray Difractometer) untuk mengidentifikasi kristal maupun fasa hasil milling, pengujian mikroskop optik untuk mengetahui struktur mikronya, pengujian Vickers Hardness untuk mengetahui hasil kekerasan pada sampel hasil sintesis, serta pengujian laju korosi dengan MSB (Magnetic Suspension Balance). Hasil analisis dari sintesis ini kemudian dibandingkan
dengan baja paduan ODS komersil, dalam hal ini adalah ODS PM2000 yang memiliki komposisi yang sama.
4 keperluan yang bernilai ekonomi rendah, seperti untuk bahan campuran pada indusitri semen atau sebagai bahan bangunan. Padahal mineral oksida besi yang terkandung dalam pasir besi seperti magnetit (Fe3O4) dapat digunakan sebagai
bahan dasar pembuatan tinta kering (toner) yang biasa digunakan pada mesin fotokopi dan printer laser. Maghemit (γ-Fe2O3) adalah bahan utama pembuatan
pita kaset. Pasir besi juga dimanfaatkan dalam industri baja karena pasir besi banyak mengandung besi (Fe) sebagai bahan baku pembuatan baja (Yulianto et al., 2002).
1.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk melakukan teknik sintesis baja feritik ODS dengan memanfaatkan pasir besi lokal Indonesia serta membandingkan hasil sintesis baja feritik ODS yang dicampur pasir besi dengan hasil sintesis tanpa campuran pasir besi yang mengacu pada komposisi bahan baja ODS PM2000. Hasil analisis diharapkan dapat bermanfaat sebagai bagian dari acuan untuk pengembangan baja feritik ODS di Indonesia yang memanfaatkan pasir besi lokal.
1.3 Ruang Lingkup dan Batasan Penelitian
5 waktu milling yaitu 10 dan 40 jam dilakukan dengan metode high energy ball milling. Bahan hasil sintesis kemudian dikarakterisasi dengan menggunakan
