Prosiding Pertemuan dan Presenlasi I/lniah PPNY-BATAN, Yogyakarla 23-25 April 1996
80 Buku l/
KOROSI ZIRKALOY
-4 SESUDAH PERLAKUAN
PANAS
P .Punvanto, Wuryanto,
PPSJIt!. BATAN. Kawasan PUSPITEK. Serpong Tangerang 15310
Bambang S.
Staj Pengajar FMIPA-Uninersitas Indonesia, Jakarta
ABSTRAK
KOROSI ZlRKALOY-4 SFSUDAH PERLAKUAN P"INAS. Telah dilakukan pengujian sifat korosi zirkaloy-4 dengan mempergunakan me/ode po/ensiodinamik. Se/elah perlakuan panas ( T = 600. 700 don 900 "C) don lamanya pemanasan berbeda. laju korosi zirkaloy-4 dengan /eknik potensiodinamik menunjuk.kan kecenderungan naik. Hasil laju karosi adalah 0.297 ,Willi Per Tahun (MPT) ( T = 600 °C. t = I jam ); 0.383 MPT (T = 600 °C. t = 5jam); 0.378 MPT( T= 600 °C, / = 7 jam); 0,400 J,,/PT (T = 700 °C. 1= I jam); 0.667MPT (T= 700 °C. t = 5jam); 0.560 .\1PT (T= 700 °C. t = 7 jam); 0,520 MPT(T = 900 °C. / =' I jam); 0,493 ..\1PT (T = 900 °C. / = 5 jam) dan 0.492 MPT (T = 900 °C. t = 7 jam). Korosinya merala don ada yang berlubang pada permukaan.
ABSTRACT
THE CORROSION OF ZIRCALLOY-4 AFTER HEAT TREATMENT. The corrosion properties ofzirca//oy-4 by using potensiodynamic technique have been studied. After heat treatment ( T = 600. 700 and 900 °C ). at difference period of time, the corosion rate of the samples increased with the increase of the
temperature and time. The result was asfollows.. 0.29i ,\-JPY (T = 600 °C, t -I hour); 0.383 MPY (T = 600 °C. t = 5 hours): 0.383 .IvJPY ( T = 600 °C.t = i hours); 0.400 lvJPY ( T = 700 °C. t = I hour): 0.667 ,\-fPY (T: 700 °C. t = 5 hours); 0.560 .\.fPY (T = iOO °C. t = 7 hours): 0.520 ,\-fPY (T = 900 °C.
t = I hour): 0.493 MPY (t = 900 °C. t = 5 hours) and 0.492 MPY (T = 900 °C. t = 7 hours). The corrosion was homogenous and there were holes on the surface.
PENDAHULUAN
lapisan oksida pad a permukaan zirkaloy-4.Selanjutnya lapisan oksida yang terbentuk pad a pern1ukaan zirkaloy-4 di foto dengan mikroskop e!ektron sapuan (SEM).
TEOR!
Suatu logam dapat terkorosi atau tidak seca-ra elektrokimia didalam air akan dipengaruhi oleh beda potensial antar muka logam dengan ling-kungan dan pH-nya.
Untuk menentukan laju korosi diperlukan teori kinetika. Oari teori kinetika dapat diperoleh arus korosi ( I corr ), selanjutnya dipakai untuk meng-hitung laju korosi. Laju korosi dapat dihi-tung dengan mempergunakan persamaan : [2)
0,131 corr(E.W) LajuKorosi(MPT)=
d Z irkalOY-4 adalah suatu logam paduan yang
dipakai sebagai bahan pembungkus bahan bakar reaktor nuklir. Pada logam paduan tersebut, ketahanan terhadap oksidasi atau korosi oleh oksigen dan uap air merupakan sifat yang penting. Penelitian yang pemah dilakukan sebelumnya tentang mekanisme oksidasi clan korosi zirkonium clan zirkaloy4 oleh uap air pada temperatur 700 -800 ° C den fan metoda dinamik dilakukan oleh Muchlis B. (I
.Dalam penelitian ini akan dilakukan perlakuan panas pada zirkaloy-4 pada temperatur 600, 700 clan 900 °C clan ditahan selama I, 5 clan 7 jam. Proses perlakuan panas dilakuan dengan ke-cepatan pemanasan dan pendinginan 15 °C/menit. Sesudah perlakuan panas dilakukan pengujian ko-rosi dengan metoda potensiodinamik.
Dengan perlakuan panas diharapkan ada hubungan terhadap laju korosi dan pembentukan
Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah
PPNY.8ATAN. Yogyakarla 23-25 April /996 BuJ..-u 1/ 8
dengan :
I corr = kerapatan arus korosi , IlA/Cm2 E. W = berat ekivalen, g
d = massajenis, g/Cm3
TATAKERJA
Bahan:
Bahan yang digunakan adalah zirkaloy-4. Paduan tersebut diperoleh dari Pusat Elemen Bakar Nuklir
BAT
AN.
Alat
Setaram T AG24-S DT A- TGA. Potensio-dinamik
dan Mikroskop eloktron sapuan
(SEM).
PROSEDUR KERJA
Paduan zirkaloy-4 di "Punch" dengan ukur-an 1,5 Cm. Kemudiukur-an paduukur-an tersebut dikenakukur-an perlakuan panas dengan memanaskan paduan zirkaloy-4 pada kecepatan pemanasan dan pen-dingian 15 °C/menit dan ditahan pada temperatur '600, 700 dan 900 °C dengan waktu yang berbeda yaitu 1, 5 dan 7 jam. Zirkaloy-4 dihaluskan per-mukaannya dengan kertas amplas SiC dengan ukuran nom or kertas 600, 800, 1000 dan 1200 secara berurutan, setiap penggantian nomor kertas amplas, arah pengamplasan dirubah 90° terhadap arah pengamplasan terdahulu. Penghalusan dilan-jutkan dengan mempoles zirkaloy-4 dengan cairan serbuk alumina dengan ukuran 1 pm diatas kain khusus (bludru). Zirkaloy-4 dicuci dengan alkohol dengan mempergunakan "ultrasonic" selama 30 menit. Selanjutnya dilakukan pengujian korosi dengan mempergunakan teknik potensiodinamik. Setelah pengujian korosi, selanjutnya permukaan zirkaloy-4 difoto dengan mikroskop elektron s,apuan (SEM).
korosinya -473,31 mY. Laju korosi ( t = 7 jam) adalah 0,378 MPT, arus korosi 0,84 pNCm2 dan
potensial korosinya -178,63 mY.
Dari gambar I, laju korosi pada kurva I lebih kecil dibandingkan kurva 2 dan 3, arus korosi kurva I lebih kecil dibandingkan kurva 2 dan 3 (I I < 12< 13). Bila ditinjau dari potensial, korosi, maka kurva 3 lebih sukar terkorosi dibandingkan kurva 1 dan 2, menurut acuan [3] bahwa potensial yang lebih positip lebih sukar terkorosi dibandingkan dengan potensial yang lebih negatip.
Gambar 2, menampilkan korosi potensio-dinamik zirkaloy-4 sesudah perlakuan panas, T = 700 °C selama 1,5 dan 7 jam. Laju korosi (t = 1 jam) adalah 0,400 MPT, arus korosi 0,89 pA/Cm2,
potensial korosinya -368,28 m V. Laju korosi (t = 5 jam) adalah 0,607 MPT, arus korosi 1,48 pNCm2 dan potensial korosinya -333,93. Laju korosi (t = 7 lam) adalah 0,560 MPT, arus korosi 1,24 pNCm clan potensial korosinya -281,98 m V. Dari gambar 2, laju korosi kurva 1 kecil dibandingkan kurva 3 dan 2, arus korosi kurva I lebih kecil dibandingkan arus korosi kurva 3 dan 2 (I I < 13< 12). Bila ditinjau dari potensial korosi, kurva 3 lebih positip di-banding.,<an kurva 2 dan I, sehingga kurva 3 sulit terkorosi dibandingkan kurva 2 dan 1.
Gambar 3, menampilkan korosi potensio-dinamik zirkaloy-4 sesudah perlakuan panas, T = 900 °C selama 1,5 dan 7 jam. Laju korosi (t = I jam) adalah 0,500 MPT, arus korosi 1,15 pA/Cm2 dan potensial korosinya -335,93 mV. Laju korosi (t = 5 jam) adalah 0,493 MPT, arus korosi 1,09 pA/Cm2 dan potensial korosinya -250,64 mY. Laju korosi (t = 7 jam) adalah 0,492 MPT, arus korosi 1,09 pNCm2 dan potensial korosinya -405,97 mY. Dari gambar 3, laju korosi kedua kurva sarna yaitu kurva 2 dan kurva 3 adalah 0,490 MPT, arus korosi kedua kurva yaitu kurva 2 dan 3 memiliki arus korosi yang sarna sebesar 1,09 pA/Cm2, dengan potensial korosi yang berbeda, kurva 2 dengan potensial -250,64 m V, kurva 3 dengan potensial -405,97 mV dan kurva 1 dengan potensial-339,93 mV. Menurut acuan [3,4] bahwa mudah atau sulitnya terkorosi ditentukan dari potensial korosi (E corr), jika potensial korosi lebih positip, berarti makin sulit terkorosi dan potensial korosi (E carr) lebih negatip, berarti makin mudah terkorosi. Per-bedaan potensial korosi dapat terjadi, karena ketidak-homogenan pada struktur mikro yang terkumpul pada batas
HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar I, menampilkan korosi potensio-dinamik pacta zirkaloy-4 sesudah perlakuan panas, T = 600 °C selama 1,5 dan 7 jam. Laju korosi (t = 1 jam) adalah 0,297 Milli Per Tahun (MPT), arus korosi 0,66 j.lAlCm2 dan potensial korosinya -309,26 mY. Laju korosi (t = 5 jam) adalah 0,383 MPT, arus korosi 0,85 pA/Cm2 dan potensial
P. Purwanto. dkk
ISSN 0216-3128
Prosiding Pertenluan don Presentasi JI'lIiah PPNY-BATAN. log}'akarta 23-2.5 April /996
82
Bliku II~
Gamhar 2 : Korosizirkoloy-4 sesudah perlakuan panas t = 700 DC selama 1,5 dan 7 jam
;
t
..
Gambar 3 : Korosizirkoloy-4 sl!sudah pl!rlakuan panas t = 900 °c sl!/anw ],j dan 7 jam
.~a
Of"
Gambar 4 :Hubullgan antara laju korosi terhadap temperatur perlakuall pallas
~ £ y w ' '-'.~_M".'-: -'I'.
KESIMPULAN
-""'~~~~"'.":~I ""'~~~I."""",' I(UA/=MA~I...~
1 Laju korosi zirkaloy-4 cenderung naik dengannaiknya temperatur perlakuan panas dan la-manya perlakuan pemanasan.
Pacta permukaan zirkaloy-4, terjadi korosi merata (homogen) dan acta yang
berlubang-lubang.
2.
Gambar 1 : Koro.\'i~irk%y-4 sesudull per/(lkuan panas t = 600 Uc se/ama 1,5 dall 7 jam
;3
butir dun butiran.
Gambar 4, memperlihatkan hubungan anta-ra laju korosi terhadap tempeanta-ratur perlakuan panas. Dari gambar tersebut bahwa laju korosi naik ter-hadap temperatur perlakuan panas, dengan waktu pemanasan I jam. Sedangkan waktu
pemanasan 5 dun 7 jam, laju korosi naik terhadap temperatur perlakuan panas, pada 600 -700 °c dan pada 700 -900 °C laju korosi turun. Bila ditinjau dari roten-sial korosi ( E torr ), maka potensial korosi yang lebih positip lebih sulit terkorosi dibandingkan dengan potensial korosi yang lebih negatip.
Perbedaan laju korosi pada umumnya dise-babkan adanya perbedaan dalam komposisi antara batas butir dun butiran. Perbedaan mungkin juga terjadidari sejumlah reaksi pada batas butir, dian-taranya adanya endapan ( persipitat ) pada batas
butir dan pengurangan pada un sur Zr, Sn, Nn, Fe clan Cr pada permukaan paduan terse but.
Gambar Ll.la-c, Gambar LI.2a-c dan Gambar L 1.3a-c pada lampiran I, menampilkan foto korosi zirkaloy-4 yang terserang korosi pada seluruh bagian permukaan, ada bagian yang ter-serang pada batas butir dan ada bagian yang ber-lubang pada butiran. Dari gambar L 1.1 a-3c ter-sebut, nampak terlihat zirkaloy-4 terserang korosi pada seluruh bagian permukaan dun ada bagian-bagian yang berlubang. Permukaan zirkaloy-4 yang terserang korosi berlubang pada temperatur perlakuan panas 700 dan 900 °C dan pacta tem-perarur 600 °C, permukaan zirkaloy-4 terse rang korosi merata membentuk lapisan oksida. Dari gambar korosi terlihat, bahwa pada temperatur perlakuan panas 900 °C terserang korosi lebih parah dibandingkan pacta temperatur 600 0 C.
.1~~.1-".""1"""'.
.'.'.'.
"'J"'.'
Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah
PPNY.BATAN, Yog)'akarta 23.25 April/996 BuJ.-u If 83
DAFT AR PUST i-\KA
I. MUCH LIS, "M~kanismc Oksidasi Zirkonium dan oleh Uap f\ir pada temperatur 700-800
°C Pada Tekanal1 6,1 -13,6 Torr", Proceeding Kolokium Tcknologi Elemcn Bahan Nuklir, Bandung, Oktober 1981. 2. EG & G PRINCETON APPLIED
RE-SEARCH, Application Instument Group, 3. Application Note Carr I, EG & G Princeton
Applied Research, USA, 1982.
4. K.R TRETW A Y, "Korosi Untuk Mahasiswa Dan Rekayasawan", Alih bahasa Alex Tri Kantjono Widodo, Gramedia Pustaka Utarna, Jakarta, 1991.
5. SMALLMAN, Alih bahasa Sriati Djaprie, "Metal1urgi Fisik Modern", Penerbit Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1991.
Gambar Ll.2 : Foto koros; ;JrkaJoy-4 sesudah perlakuan panas, T = 600 ~C, a)
Perlakuan pana s~lama 1 Jam, b) perlakuan panas selama 5 jam dan c) perJakuan panas selama 7 Jam
LAMPlRAN
Gambar L1.1 : Foto korosi zirka/oy-4 sesudah per/akuan panas, T = 600 °c a)
Per/akuan panas se/ama / Jam, b)Per/akuan panas se/alna 5 jamdan c) Per/akuan panas se/ama 7 Jam
Gambar L1.2 : Folo korosi :irka/oy-4 sesudah per/akuan panas, T = 900, a) perlakuan panas se/alna 1 Jain b) per/akuan panas selama 5 Jmn dan C) perlakuan panas se/ama 7 Jain
P. Pumanto, dkk
TANYA-J/lfVAB
Sahat Si",bolon:
-Bagaimana r/lm/ls kimia Zirkaloy-.J.
-Bagaimana reaksi kimia korosi Zirkaloy-4
-Apakah relevan pengukuran yang hanya
se-bentar kemudian dikonversikan dalam I ta-hun,
padahal reaksi kimia (korosi) tidak selaiu
linear.
P. Punvanto:
.Rumus Kimia tidak acta untuk Zirkaloy-4. Tetapi unsur utama Zr dipadukan dengan unsur lain Sn, Cr, Fe dan Ni.
.~ Fe terkorosi lebih dulu.
-Dengan pengukuran sebentar dapat memper-kirakan laju korosi dan dapat menentukan daerah pasif dan aktif. Ya, korosi tidak selalu linear.
SUI"ijU"tO:
-Setelah sampel dipanaskan, bagaimana
pendi-nginann.va (cepat, iambat) ?
-Apa yang dimaksud dengan MPT (Milli Per
Tahun).
-Korosi berlubang ini disebabkan adanya bagian unsur pcmandu yang kelu3r d3ri permukaan log3m Zr-4. Medium korosinya yaitu Air dimineral yang diperoleh dari PRSG.
B. Tjipto Suyitllo:
-PuJa suhu berapa akan terjadi korosi pitting.
facia bagian mana yang akan mudah terserang
korosi pitting.
-Bagaimana untuk mengetahui keda/aman korosi
pitting.
P. Purwanto:
'..
-Korosi pitting dapat terjadi pada suhu kamar. B3gian yang mudah terserang korosi pitting
yaitu pada bagian batas butir.
-Kedalam korosi pitting dapat ditentukan dengan SEM (Mikroskop Elektron Sapuan).
Ratmi Her/ani:
-Pada pengujian sifat korosi Zirka/oy-4 dengan
metoda
potensiodinamik ini:
-Digunakan a/at dengan spesifikasi/model
apa?
-E/ektrode yang digunakan apa saja ?
-Media (/arutan) apa yang digunakan ?
P. Punvanto:
.Model EG & G Princeton Applied Research: -Elektroda yang digunakan yaitu grafit. -Larutan yang digunakan Air dimineral. -.4pa penyebab terjadm}'a korosi lubang
.me-dium korosinya apa ?
P. Purwanto:
-Sampel dipanaskan dengan kecepatan pema-nasan dan pendinginan 15°C/menit di dalam suatu "furnace".
~ Yang dimaksud MPT yaitu laju suatu per-tumbuhan oksidasi pada pennukaan mili inci per
![Gambar 3 : Korosizirkoloy-4 sl!sudah pl!rlakuan panas t = 900 °c sl!/anw ],j dan 7 jam](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/2259760.2725150/3.892.127.759.66.1159/gambar-korosizirkoloy-sl-pl-rlakuan-panas-anw-jam.webp)
