KOROSI ZIRKALOY -4 SESUDAH PERLAKUAN PANAS

Transkripsi

1 80 Buku l/ Prosiding Pertemuan dan Presenlasi I/lniah PPNY-BATAN, Yogyakarla April 1996 KOROSI ZIRKALOY -4 SESUDAH PERLAKUAN PANAS P.Punvanto, Wuryanto, PPSJIt!. BATAN. Kawasan PUSPITEK. Serpong Tangerang 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 = don 900 "C) don lamanya pemanasan berbeda. laju korosi zirkaloy-4 dengan /eknik potensiodinamik menunjuk.kan kecenderunga naik. Hasil laju karosi adalah 0.297,Willi Per Tahun (MPT) ( T = 600 C. t = I jam ); MPT (T = 600 C. t = 5jam); MPT( T= 600 C, / = 7 jam); 0,400 J,,/PT (T = 700 C. 1= I jam); 0.667MPT (T= 700 C. t = 5jam); \1PT(T= 700 C. t = 7 jam); 0,520 MPT(T = 900 C. / =' I jam); 0,493..\1PT(T = 900 C. / = 5 jam) dan 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 = 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 i,\-JPY(T = 600 C, t -I hour); MPY (T = 600 C. t = 5 hours): IvJPY( T = 600 C.t = i hours); lvjpy ( T = 700 C. t = I hour): 0.667,\-fPY(T: 700 C. t = 5 hours); \.fPY(T = ioo C. t = 7 hours): 0.520,\-fPY(T = 900 C. t = I hour): MPY (t = 900 C. t = 5 hours) and 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. Z irkaloy-4 adalah suatu logam paduan yang dipakai sebagai bahan pembungkus bahan Selanjutnya lapisan oksida yang terbentuk pad a pern1ukaan zirkaloy-4 di foto dengan mikroskop e!ektron sapuan (SEM). 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 zirkaloy-4 oleh uap air pada temperatur 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 kecepatan pemanasan dan pendinginan 15 C/menit. Sesudah perlakuan panas dilakukan pengujian korosi dengan metoda potensiodinamik. Dengan perlakuan panas diharapkan ada hubungan terhadap laju korosi dan pembentukan 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 dihitung dengan mempergunakan persamaan : [2) LajuKorosi(MPT)= 0,131 corr(e.w) d

2 Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah PPNY.8ATAN. Yogyakarla 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 ukuran 1,5 Cm. Kemudian paduan tersebut dikenakan perlakuan panas dengan memanaskan paduan zirkaloy-4 pada kecepatan pemanasan dan pendingian 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 permukaannya 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 dilanjutkan 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). HASIL DAN PEMBAHASAN Gambar I, menampilkan korosi potensiodinamik 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 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 potensiodinamik 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 potensiodinamik 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 P. Purwanto. dkk

3 -'I' Bliku II Prosiding Pertenluan don Presentasi JI'lIiah PPNY-BATAN. log}'akarta April /996 butir dun butiran. Gambar 4, memperlihatkan hubungan antara laju korosi terhadap temperatur 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 c dan pada 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 disebabkan adanya perbedaan dalam komposisi antara batas butir dun butiran. Perbedaan mungkin juga terjadidari sejumlah reaksi pada batas butir, diantaranya 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 terserang pada batas butir dan ada bagian yang berlubang pada butiran. Dari gambar L 1.1 a-3c tersebut, nampak terlihat zirkaloy-4 terserang korosi pada seluruh bagian permukaan dun ada bagianbagian yang berlubang. Permukaan zirkaloy-4 yang terserang korosi berlubang pada temperatur perlakuan panas 700 dan 900 C dan pacta temperarur 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 C. ~ Gamhar 2 : Korosizirkoloy-4 sesudah perlakuan panas t = 700 DC selama 1,5 dan 7 jam ; ṭ. Gambar 3 : Korosizirkoloy-4 sl!sudah pl!rlakuan panas t = 900 c sl!/anw ],j dan 7 jam ~ y w.1~~.1-".""1"""'..'.'.'. "'J"'.'.~a Of" S~~UDAH PtRI.~KUAH PANAS '-'.~_M".'-: ' ;3 Gambar 4 :Hubullgan antara laju korosi terhadap temperatur perlakuall pallas KESIMPULAN...~ 1 Laju korosi zirkaloy-4 cenderung naik dengan -""'~~~~"'.":~I ""'~~~I."""",' naiknya temperatur perlakuan panas dan lamanya perlakuan pemanasan. I(UA/=MA~I Gambar 1 : Koro.\'i~irk%y-4 sesudull per/(lkuan panas Pacta permukaan zirkaloy-4, terjadi korosi t = 600 Uc se/ama 1,5 dall 7 jam merata (homogen) dan acta yang berlubanglubang.

4 Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah PPNY.BATAN, Yog)'akarta 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 C Pada Tekanal1 6,1-13,6 Torr", Proceeding Kolokium Tcknologi Elemcn Bahan Nuklir, Bandung, Oktober EG & G PRINCETON APPLIED RE- SEARCH, Application Instument Group, 3. Application Note Carr I, EG & G Princeton Applied Research, USA, K.R TRETW A Y, "Korosi Untuk Mahasiswa Dan Rekayasawan", Alih bahasa Alex Tri Kantjono Widodo, Gramedia Pustaka Utarna, Jakarta, SMALLMAN, Alih bahasa Sriati Djaprie, "Metal1urgi Fisik Modern", Penerbit Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, LAMPlRAN 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 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

5 TANYA-J/lfVAB Sahat Si",bolon: -Bagaimana r/lm/ls kimia Zirkaloy-.J. -Bagaimana reaksi kimia korosi Zirkaloy-4 -Apakah relevan pengukuran yang hanya sebentar 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 memperkirakan laju korosi dan dapat menentukan daerah pasif dan aktif. Ya, korosi tidak selalu linear. SUI"ijU"tO: -Setelah sampel dipanaskan, bagaimana pendinginann.va (cepat, iambat)? -Apa yang dimaksud dengan MPT (Milli Per Tahun). -.4pa penyebab terjadm}'a korosi lubang.medium korosinya apa? P. Purwanto: -Sampel dipanaskan dengan kecepatan pemanasan dan pendinginan 15 C/menit di dalam suatu "furnace". -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: P. Punvanto:.Model -Elektroda -Larutan -Digunakan a/at dengan spesifikasi/model apa? -E/ektrode yang digunakan apa saja? -Media (/arutan) apa yang digunakan? EG & G Princeton Applied Research: yang digunakan yaitu grafit. yang digunakan Air dimineral. ~ Yang dimaksud MPT yaitu laju suatu pertumbuhan oksidasi pada pennukaan mili inci per tahun. P. Purwanto, dkk