Pengaruh implantasi Ion Yttrium (Y) dan Cerium (Ce) terhadap sifat ketahanan oksidasi suhu tinggi material FeAl

YUNIATI, Anis, Prof.Dr. Kusminarto

2007 | Tesis | S2 Fisika

Telah dilakukan implantasi ion elemen reaktif yttrium (Y) dan cerium (Ce) pada material FeAl dengan tujuan untuk menyelidiki pengaruh terhadap sifat ketahanan oksidasinya. Untuk maksud tersebut implantasi ion telah dilakukan menggunakan mesin implantor ion 200 keV/2 mA milik PTAPB-BATAN, Yogyakarta. Implantasi ion dilakukan pada energi 100 keV dan 3 (tiga) variasi dosis ion yaitu 2,981x1015 ion/cm2; 5,963x1015 ion/cm2 dan 8,945x1015 ion/cm2. Uji ketahanan oksidasi secara siklus termal selama 6 siklus dilakukan dalam tabung furnace tipe RTI/AGG, tegangan/arus : 220/45 volt/ampere, frekuensi : 50- 60 Hertz, suhu maksimum 1000°C yang dialiri gas oksigen dengan kecepatan alir 4,17 cc/menit, suhu 8500C, waktu pemanasan 5 jam dan waktu pendinginan 17 jam. Perubahan sifat ketahanan oksidasi diamati dengan cara menimbang perubahan berat dari sampel untuk setiap siklus baik untuk material yang diimplantasi maupun yang tidak diimplantasi menggunakan timbangan analitis tipe GR Series 202, beban min 0,1 mg, beban max 210 gram. Juga diamati perubahan struktur mikro, komposisi kimia maupun struktur kristal masingmasing menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM) yang dikopel dengan EDAX tipe JEOL JSM-35C, dan XRD tipe X-Ray Diffractometer Shimadzu E600. Dari uji siklus termal diperoleh hasil bahwa penambahan elemen reaktif yttrium lebih efektif dalam peningkatan sifat ketahanan oksidasi material FeAl dibanding penambahan elemen reaktif cerium. Dosis optimum untuk ion yttrium adalah sebesar 2, 981 x 1015 ion/cm2, sedang untuk ion cerium sebesar 5,963 x 1015 ion/cm2. Dari pengamatan struktur mikro diperoleh hasil bahwa selama oskidasi siklus termal ternyata terjadi perubahan butir-butir yaitu semakin membesar. Juga dari analisa menggunakan EDAX teramati senyawa-senyawa oksida protektif yang menyebabkan sifat ketahanan oksidasinya meningkat, senyawa-senyawa tersebut seperti Y2O3 maupun CeO2. Dari pengamatan komposisi kimia teramati bahwa pada dosis optimum terbentuk lapisan oksida yttrium sebesar 0,68 %mass dan lapisan oksida cerium sebesar 0,72 %mass. Teramatinya senyawa senyawa tersebut juga diperkuat dari hasil pengamatan menggunakan XRD, dimana untuk Y2O3 teramati pada bidang (721) sedang CeO2 teramati pada bidang (200)

Implantation of reactive elements ion of yttrium (Y) and cerium (Ce) into FeAl materials with the purpose to investigate their effects on oxidations resistance has been done using 200 keV/2 mA PTAPB-BATAN ion implantor. For the purpose, ion impantation process has been done at energy of 100 keV and three varied of dose such as 2,981x1015 ion/cm2; 5,963x1015 ion/cm2 and 8,945x1015 ion/cm2. Testing of oxidation resistance for thermal cycling conditions for 6 cycling has been done in furnace tube RTI/AGG. Volt/Amp : 220/45, Hertz : 50-60, temperature max 1000°C type, introduced by oxygen gas with the flow rate 4,17 cc/minute, 8500C of temperature, 5 hours of exposure time and 17 hours of cooling time. Changing of oxidation resistance was observed by weighing the mass changing of the samples for each implanted and un-implanted materials cycling using analytical balance of GR Series 202; 0,1 mg of minimum load, 210 gram of maximum load. It was also observed the changing of microstructure, chemical compositions and crystal structure using Scanning Electron Microscopy (SEM) coupled with EDAX (Energy Dispersive X-Rays Spectroscopy) of JEOL JSM- 35C type and X-Ray Diffractometer (XRD) of X-Ray Diffractometer Shimadzu E600 type respectively. From thermal cycling testing, it was observed that the implantation of yttrium ion is more effective in improving of oxidation resistance of FeAl materials compared to cerium ion implantation. The optimum of ion dose for yttrium ions is in order of 2,981x1015 ion/cm2, while for cerium ion is in order of 5,963x1015 ion/cm2. From microstructure observation, it was found that during thermal cycling oxidation the grain size is growth. It was also found the formed oxide compounds as a protective layer are Y2O3 and CeO2. From chemical composition analysis, it was found that at the optimum ion dose the content of yttrium oxide layer is in order 0,68 %mass, while the content of cerium oxide layer is in order of 0,72 %mass. The presence of these compounds was also observed from XRD analysis where for Y2O3 compound is shown by (721) plane while for CeO2 by (200) plane.

Kata Kunci : Implantasi Ion,Ketahanan Oksidasi,Yttrium dan Cerium, ion implantation, oxidation resistance, yttrium, cerium