PENGARUH TEKANAN DAN LAMA PLASMA NITRIDING TERHADAP KEKERASAN DAN LAJU KOROSI BAJA TAHAN KARAT AISI 410

CLARA NOVA KRISTIANTI, Dr. Ir. Viktor Malau, DEA.

2013 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Baja tahan karat martensitik AISI 410 diaplikasikan secara luas untuk berbagai peralatan industri maupun peralatan kedokteran. Sifat tahan karat baja AISI 410 dapat ditingkatkan dengan memberikan perlakuan permukaan, salah satunya dengan plasma nitriding. Plasma nitriding pada permukaan memiliki keunggulan, yaitu distorsi kecil, temperatur operasional lebih rendah, waktu operasional lebih pendek dan dapat digunakan untuk seluruh bahan baja. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh lapisan tipis nitrogen terhadap kekerasan, laju korosi, komposisi dan struktur mikro hasil proses plasma nitriding pada baja tahan karat AISI 410. Metode yang digunakan adalah plasma lucutan pijar DC, gas nitrogen dialirkan kedalam tabung pada tekanan rendah (vakum), Dengan adanya beda potensial antara anoda dan katoda maka ion-ion nitrogen akan terdeposisi ke katoda atau permukaan material. Parameter Ppasma nitriding yang digunakan adalah variasi tekanan 1,6; 1,8 dan 2,0 mbar dan variasi waktu 1, 2, 3, 4, 5 dan 6 jam dengan suhu konstan 350ºC. Pengujian kekerasan dilakukan menggunakan mikro-Vickers hardness tester, pengujian korosi dilakukan menggunakan potensiostat dalam media korosi NaCl 0,7% dan pengujian struktur mikro menggunakan SEM dan EDS. Hasil penelitian ini memperlihatkan bahwa kekerasan tertinggi baja tahan karat AISI 410 dengan proses plasma nitriding adalah sebesar 278,1 VHN, dimana kekerasan material dasar adalah sebesar 210,2 VHN. Hal ini menunjukkan peningkatan kekerasan sebesar 132,3%, kondisi optimum dicapai pada P = 2,0 mbar dan t = 6 jam. Hasil pengujian korosi diperoleh nilai laju korosi material dasar sebesar 1,0004 mpy, dari hasil pengujian menunjukkan kecenderungan menurun hingga mencapai nilai terendah sebesar 0,017 mpy. Kondisi optimum ini terjadi pada P = 1,6 mbar t = 6 jam dan P = 2,0 mbar t = 5 jam. Dari analisa komposisi dan struktur mikro menggunakan EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) yang dihubungkan dengan SEM (Scanning Electron Microscope), menunjukkan pada kondisi kekerasan optimum kandungan nitrogen sebesar 5,73 mass% atau 16,91 at%. Berdasarkan diagram fase Fe-N, nitrogen dengan kandungan 5,73 mass% atau 16,91 at% adalah fase baru yang mendekati fase Fe4N. Sehingga dapat disimpulkan bahwa proses plasma nitriding pada penelitian ini membentuk fase baru Fe4N

AISI 410 Martensitic stainless steel is widely applied to various industrial equipment and medical equipment. Properties of AISI 410 stainless steel can be improved by providing a surface treatment, one with a plasma nitriding. Plasma nitriding on surface material has the advantage, little distortion, lower operating temperatures, shorter operating time and can be used for all steel materials. This research aims is to study the effect of a thin layer of nitrogen on hardness, corrosion rate, composition and the microstructure which is nitrided using plasma glow discharge on AISI 410 stainless steel Plasma nitriding used plasma glow discharge DC, nitrogen gas was passed into the tube at low pressure (vacuum), with the potential difference between anode and cathode, it cause nitrogen ions deposited to cathode or surface material. Plasma nitriding parameters used pressure variations 1,6; 1,8 and 2,0 mbar and time variation 1, 2, 3, 4, 5 and 6 hours with a constant temperature 350ºC. The hardness test used a mikro-Vickers hardness tester, corrosion test used a potensiostat with testing media 0,7% NaCl and the microstructure test used SEM and EDS. The results of this study show that the highest hardness of AISI 410 Stainless Steel with plasma nitriding process is about 278,1 VHN, while the raw materials (un-nitrided) hardness is about 210,2 VHN, it mean that there increasing hardness around 132,3%. This optimum conditions was achieved at P=2,0 mbar and t=6 hours. Corrosion test obtain the corrosion rate of raw material is about 1,0004 mpy, from the corrosion test result showed a declining until the lowest is about 0,017 mpy. This conditions was achieved at P=1,6 mbar and t=6 hours and P=2,0 mbar and t=5 hours. From compositions and microstructure analysis using EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) coupled with SEM (Scanning Electron Microscope), it’s observed that for the hardness optimum conditions, nitrogen contents is about 5,73 mass% or 16,91 at%. Base on Fe-N phase diagram showed that with the nitrogen content about 5,73 mass% or 16,91 at%, the formed a new phase closed to Fe4N. So it can be concluded that the plasma nitriding process is the formation new phase of Fe4N.

Kata Kunci : Plasma nitriding, Stainless steel, AISI 410