KARAKTERISTIK LAPISAN MONOLAYER DENGAN TEKNIK SPUTTERING DAN IMPLANTASI ION DENGAN BAHAN PELAPIS TiN, AlN, CrN Dan WN PADA BAJA TAHAN KARAT AISI 410

GAGUK JATISUKAMTO, Dr. Ir. Viktor Malau, DEA

2015 | Disertasi | S3 ILMU TEKNIK MESIN

Baja AISI 410 dalam aplikasi biomaterial digunakan sebagai cutting instrument dan non cutting instrument. Baja AISI 410 memiliki kekerasan paling rendah dan rentan mengalami korosi pitting untuk golongan baja tahan karat martensitik. Berbagai upaya dilakukan untuk meningkatkan sifat mekanis dan ketahanan korosi baja AISI 410. Pengerasan permukaan dengan gradien termal tinggi seperti: perlakuan panas, nitriding, karburising, karbonitriding, dan sianiding termasuk proses difusi termokimia menyebabkan distorsi dan warping. Berbagai upaya dilakukan untuk memperbaiki kelemahan baja AISI 410 agar memenuhi syarat sebagai peralatan medis. Sputtering dan implantasi ion merupakan proses perlakuan permukaan yang dilakukan pada suhu relatif rendah. Senyawa nitrida seperti TiN, CrN, AlN dan WN memiliki sifat mekanis dan ketahanan korosi baik banyak diaplikasikan sebagai lapisan permukaan dan dapat dideposisikan dengan sputtering dan implantasi ion. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui pengaruh d.c magnetron sputtering TiN, CrN, AlN, WN dan implantasi ion TiN, CrN, AlN, WN pada permukaan baja AISI 410. Metode penelitian dilakukan dengan cara mendeposisikan permukaan baja AISI 410 dengan metode: 1). Variasi waktu sputtering TiN, AlN, CrN dan WN. 2). Variasi waktu implantasi ion TiN. 3). Variasi waktu implantasi ion N pada baja AISI 410 terdeposisi sputtering Al. 4). Variasi waktu implantasi ion N pada baja AISI 410 terdeposisi sputtering W. 5). Variasi waktu implantasi ion N pada baja AISI 410 terimplantasi ion Cr. Pengaruh lapisan film diamati terhadap sifat kekasaran, kekerasan, keausan dan ketahanan korosi. Konfigurasi dan karakteristik lapisan dianalisis dengan SEM, EDX, dan XRD. Hasil uji sifat mekanis menunjukkan bahwa deposisi lapisan dengan teknik d.c. magnetron sputtering dan implantasi ion dapat memperbaiki kekerasan dan ketahanan aus baja AISI 410. Lapisan yang terdeposisi dapat menghalangi penetrasi media korosi ke permukaan baja AISI 410. Implantasi ion TiN dapat memperbaiki ketahanan korosi baja AISI 410 dari 0,7921 mpy menjadi 0,048 mpy, sedangkan implantasi ion N pada baja AISI 410 terdeposisi d.c. magnetron sputtering Al dapat menurunkan laju korosi hingga 0,039 mpy.

AISI 410 steel is used as a cutting instrument and non-cutting instrument in biomaterial applications. AISI 410 steel has the lowest hardness among martensitic stainless steels and it is susceptible to pitting corrosion. Various attempts were made to improve the mechanical properties and corrosion resistance of the AISI 410 steel. The surface hardening with high thermal gradient consisting of heat treatment, nitriding, carburising, carbonitriding, and cyaniding. Thermochemical diffusion in AISI 410 steel cause distortion and warping, so it is necessary to attempt to improve the mechanical properties and corrosion of AISI 410 steel to become eligible for medical equipment. Sputtering and ion implantation are surface treatment process that can be carried out at low temperatures. Nitride compounds such as TiN, CrN, AlN and WN has mechanical properties and good corrosion resistance, so widely applied as a surface coating. The purpose of this study is to determine the effect of d.c. magnetron sputtering of TiN, CrN, AlN, WN and ion implantation of TiN, CrN, AlN, WN on the surface of AISI 410 steel The research method consists of 1). d.c. magnetron sputtering of TiN, AlN, CrN and WN. 2). TiN ion implantation. 3). N ion implantation on AISI 410 steel after deposited d.c. magnetron sputtering Al; N ion implantation on AISI 410 steel after deposited d.c. magnetron sputtering W; 4). N ion implantation on AISI 410 steel after deposited Cr ion implantation. Sputtering and ion implantation process uses a variation of time. Tests performed include surface roughness test, hardness test, specific wear test, and corrosion test. Characteristics of the film were analyzed by SEM, EDX, and XRD. The experimental results showed that the mechanical properties of the d.c. magnetron sputtering and ion implantation can improve the hardness and wear resistance of AISI 410 steel. The nitride layer is formed on the surface of AISI 410 steel can improve corrosion resistance. Characteristics of the film layer is influenced by the substrate material, coating materials and methods used.

Kata Kunci : d.c magnetron sputtering, ion implantation, AISI 410, TiN, AlN, CrN, WN