TERHADAP KETAHANAN TERMAL DAN KEKUATAN LEKAT PADA

Transkripsi

1 1 PENGARUH KANDUNGAN Al 2 O 3 DAN JARAK FLAME SPRAY TERHADAP KETAHANAN TERMAL DAN KEKUATAN LEKAT PADA YSZ-YSZ/Al 2 O 3 DL-TBC UNTUK NOSEL ROKET Muhammad Sofyan Lazuardi dan Widyastuti Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya wiwid@mat-eng.its.ac.id Abstrak DL-TBC (Double Layer Thermal Barrier Coating) dengan struktur YSZ-YSZ/Al2O3 top coat dan MCrAlY sebagai bond coat digunakan sebagai aplikasi material perintang panas pada dinding dalam nosel roket. Pelapisan dilakukan dengan variasi kandungan dari Al2O3 pada lapisan komposit YSZ/Al2O3, yaitu 5, 15 dan 30% Al2O3. Pada penelitian ini bond coat dan top coat dilapiskan dengan menggunakan metode Flame Spray dengan variasi jarak spray 150, 200 dan 250mm. Kemudian dilakukan pengujian termal, pull off test dan SEM-EDX XRD. Pengujian termal yang dilakukan yaitu Thermal Torch Test dan Uji Termal TGA. Dari hasil penelitian didapatkan, jarak spray makin jauh menyebabkan struktur yang cenderung berporos. Kandungan YSZ/Al2O3 30% menghasilkan pertumbuhan TGO paling rendah. Pengujian TGA menunjukkan semua sampel mulai teroksidasi pada temperatur 960 o C. Dari pengujian XRD sampel yang memiliki fasa yang stabil adalah YSZ/Al2O3 30%. Kekuatan lekat paling tinggi juga terdapat pada kandungan YSZ/Al2O3 30%, 150mm dengan nilai 21,14 MPa. Kata kunci : TBC, Nosel Roket, YSZ/Al2O3, TGO, Kekuatan Lekat I. PENDAHULUAN Roket merupakan salah satu alat yang digunakan dalam bidang pertahanan dan keamanan. Selain itu, saat ini roket juga memasuki masa pengembangan untuk digunakan sebagai alat transportasi. Salah satu bagian paling penting dari roket adalah propulsion system, atau sistem penggerak. Pada bagian ini terdiri atas fuel, oxidizer, pump, dan nozzle. Nosel (nozzle) adalah bagian dari roket yang sangat vital, karena pada nosel memiliki temperatur kerja yang tinggi sekitar 800 o o C (yang bergantung pada jenis popelan yang digunakan) dan aliran gas yang tinggi, nosel juga berperan sebagai pengendali arah gerak dari suatu roket. Dari permasalahan diatas, dibutuhkan material yang mampu bekerja dengan baik pada temperatur sekitar 800 o o C. Maka dari itu pada penelitian ini menggunakan material superalloy yang dilapisi dengan material keramik (Thermal Barrier Coating) untuk menyesuaikan dengan kondisi kerja dari nosel yang bertemperatur yang sangat tinggi. Material superalloy yang digunakan pada penelitian ini adalah Hastelloy X, karena memenuhi spesifikasi material yang tahan pada temperatur tinggi dan mempunyai sifat mekanik yang sangat baik serta weldability dan formability yang baik. Untuk coating digunakan material keramik berupa 8YSZ (ZrO 2 8wt% Y 2 O 3 ) karena memiliki ketahanan yang baik pada temperatur tinggi dan memiliki koefisien termal yang hampir sama dengan Hastelloy X sehingga akan mengurangi tegangan akibat perbedaan koefisien termal. Selain itu, juga ditambahkan lapisan komposit Al 2 O 3 /YSZ diatas lapisan bondcoat agar ketahanan termalnya semakin baik. Pada penelitian sebelumnya dilakukan dengan 95% YSZ - 5%Al 2 O 3 yang menghasilkan struktur TBC yang lebih tahan terhadap oksidasi karena Al 2 O 3 merupakan bahan penghalang oksigen yang baik untuk mencegah lapisan TBC kehilangan kelekatan karena munculnya lapisan TGO (Thermally Grown Oxide) [1]. Untuk mendapatkan sifat lapisan yang baik, maka perlu parameter spray yang baik. Pelapisan dilakukan dengan metode Flame Spray dengan variasi spray distance. Oleh karena itu, pada penelitian ini dilakukan pelapisan pada substrat Hastelloy X yang bertujuan untuk mengetahui bagaimana pengaruh variasi komposisi Al 2 O 3 pada lapisan komposit YSZ/Al 2 O 3 dan jarak spray terhadap kekuatan lekat dan ketahanan termal (oksidasi dan beban kejut) dari struktur TBC untuk menghasilkan sifat lapisan yang paling optimal pada aplikasi nosel roket. II. METODE PENELITIAN Serbuk 8YSZ (Metco 204NS, USA) yang digunakan memiliki ukuran partikel 125±11 µm. Serbuk Al 2 O 3 yang digunakan merupakan γ-al 2O 3 (Merck, Jerman) dengan ukuran butir rata-rata sebesar 100 µm. Bondcoat yang digunakan berupa senyawa NiCrAlY (Amdry 962 Sulzer Metco, USA) dengan kandungan Ni = bal., Cr = 21-23%, Al = 9-11%, Y = % dan ukuran butir rata-rata 106±53 µm. Substrat Hastelloy X (Haynes Int., USA) dipotong dengan ukuran d = 1 inch dan t = 6 mm untuk sampel uji tekan dan Termal Torch sedangkan 3x3x3 mm untuk sampel uji TGA, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Preparasi dilakukan dengan mencampurkan serbuk 8YSZ dengan Al 2 O 3 menggunakan Siever Shaker dengan variasi komposisi Al 2 O 3 5%, 15% dan 30%. Proses sand blasting pada substrat Hastelloy X dilakukan untuk mengkasarkan permukaan substrat sebelum dilapisi. Proses pelapisan dilakukan dengan metode flame spray dengan parameter spray seperti yang ditunjukkan pada tabel 1. Dimana jarak spray divariasikan sebesar 150, 200 dan 250mm. Diawali dengan melapiskan bond coat pada substrat kemudian lapisan YSZ/Al 2O 3 dan terakhir lapisan YSZ paling luar.

2 2 Melted Unmelted Gambar 1. Dimensi spesimen (a) Uji Thermal Torch dan Pull Off, (b) Uji TGA Tabel 1. Parameter Spray yang digunakan Lapisan Arus (A) Voltage (V) Jarak Spray (mm) Feed rate (g/min) YSZ top coat YSZ/Al 2 O Bond coat Tebal (µm) Setelah selesai dilapisi spesimen dilakukan pengujian Thermal Torch dengan busur las oxyacetylene selama 35 detik dan diamati kerusakan yang terjadi pada lapisan keramik, Non- Isothermal Oxidation dilakukan dengan alat TGA (Thermogravimetri) pada temperatur 1100 o C (heating rate 10 o C/min) untuk mengetahui bagaimana kestabilan dari lapisan. Karakterisasi dilakukan sebelum dan sesudah pengujian termal TGA menggunakan SEM-EDX (Scanning Electron Microscope) dan XRD (X-Ray Diffraction) untuk mengetahui daerah TGO dan fasa-fasa yang terbentuk. Pengujian kelekatan dilakukan dengan menggunakan alat PosiTest Adhesion Tester untuk mengukur kekuatan lekatan antara pelapis dan substrat. III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Analisa Uji Scanning Electron Microscope (SEM) Setelah Flame Spray Pada pengujian SEM ini ditemukan beberapa kondisi serbuk dari lapisan top coat setelah dilakukan proses coating seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Pada permukaan top coat terlihat bahwa ada serbuk yang meleleh (melted), meleleh sebagian (semi melted) dan tidak meleleh (unmelted). Hal ini disebabkan karena pada saat proses coating dilakukan, jarak antara gun dan sampel cukup jauh dan memberikan waktu pendinginan di udara sehingga serbuk ada yang meleleh sebagian dan ada yang tidak meleleh saat mencapai permukaan sampel. Selain itu kecepatan rata-rata material serbuk yang ditembakkan dengan menggunakan metode flame spray sekitar 30 m/s, yang tergolong rendah apabila dibandingkan dengan metode spray yang lainnya [2] Semi-Melted Gambar 2. Hasil Pengujian SEM Permukaan Coating YSZ/Al2O3 30%, 250mm dengan Perbesaran 2000x Gambar 3 menunjukkan hasil pengujian SEM pada permukaan sampel setelah proses flame spray. Pada gambar terlihat bahwa variasi dari jarak spray menunjukkan adanya perbedaan morfologi. Jarak spray yang semakin jauh menyebabkan porositas pada permukaan semakin banyak. Pada sampel dengan jarak spray 200mm (Gambar 3. b, e, h) terlihat permukaannya cenderung lebih padat dan halus. Sedangkan pada sampel dengan jarak 150mm (Gambar 3. a, d, g) memiliki tingkat porositas pada permukaan cukup banyak namun jika dibandingkan dengan jarak spray 250mm (Gambar 3. c, f, i), permukaan sampel dengan jarak 150mm memiliki lebih sedikit gumpalan dan memiliki kerapatan yang lebih tinggi. Bertambahnya jarak spray akan meningkatkan tingkat porositas pada permukaan sampel dikarenakan semakin jauh jarak spray maka semakin lama juga serbuk mengalami pendinginan di udara sehingga akan membuat serbuk tidak meleleh sempurna saat mencapai permukaan sampel [3]. Gambar 4. merupakan hasil pengujian SEM dan EDX pada penampang melintang di daerah antara topcoat dan bondcoat sampel YSZ/Al 2 O 3 5% pada perbesaran 5000x setelah proses Thermal Spray. Diketahui dari pengujian SEM terdapat daerah berwarna gelap antara topcoat dan bondcoat yang disebabkan adanya oksidasi yang kemudian diidentifikasi sebagai daerah TGO (Thermally Growth Oxide). Daerah TGO merupakan bagian dari bondcoat yang teroksidasi karena perubahan temperatur yang cukup tinggi [4]

3 3 (a) (b) (c) CK OK AlK SiK PdL CrK FeK NiK AuL (d) (e) (f) (g) (h) (i) Gambar 3. Hasil Pengujian SEM Permukaan Coating Pada Perbesaran 250x (a) YSZ/Al2O3 5%, 150mm, (b) YSZ/Al2O3 5%, 200mm (c) YSZ/Al2O3 5%, 250mm (d) YSZ/Al2O3 15%, 150mm (e) YSZ/Al2O3 15%, 200mm (f) YSZ/Al2O3 15%, 250mm (g) YSZ/Al2O3 30%, 150mm (h) YSZ/Al2O3 30%, 200mm (i) YSZ/Al2O3 30%, 250mm CK OK AlK SiK YL AuM PdL CrK FeK NiK Gambar 4. Hasil Pengujian SEM-EDX Perbesaran 5000x YSZ/Al 2 O 3 5%, 200mm Setelah Proses Flame Spray Dari hasil pengujian EDX diketahui bahwa terdapat adanya unsur O sebesar 6.5 wt% karena adanya pembentukan oksida. Terbentuknya oksida ini karena adanya reaksi dengan unsur lain yang ada pada bondcoat antara lain Cr 6.38 wt%, Al 6.92 wt%, Ni wt%. Oksida penyusun daerah TGO umumnya terdiri atas beberapa formasi oksida antara lain Al 2 O 3, (Cr,Al) 2 O 3 + (Co,Ni)(Cr,Al) 2 O 4 + NiO yang disebut sebagai CSN dan (Cr,Al) 2 O 3 + (Co,Ni)(Cr,Al) 2 O 4 yang disebut sebagai CS [5]. Pada hasil EDX ini juga terdeteksi unsur C sebesar wt% yang berasal dari carbon tape dan juga unsur Au wt%, Pd 4.07 wt% yang berasal dari coating yang dilapiskan sebelum pengujian SEM. Gambar 5 merupakan hasil pengujian SEM dan EDX pada penampang melintang di daerah antara topcoat dan bondcoat sampel YSZ/Al 2 O 3 15% pada perbesaran 5000x setelah proses Thermal Spray. Dari pengujian ini didapatkan kandungan O sebanyak 6.88 wt%, Al 2.93 wt%, Cr 8.51 wt%, Ni wt% pada lapisan TGO. Gambar 5. Hasil Pengujian SEM-EDX Perbesaran 5000x YSZ/Al2O3 15%, 200mm Setelah Proses Flame Spray Gambar 6 merupakan hasil pengujian SEM dan EDX pada penampang melintang di daerah antara topcoat dan bondcoat sampel YSZ/Al 2 O 3 30% pada perbesaran 5000x setelah proses Thermal Spray. Dari pengujian ini didapatkan kandungan O sebanyak 4.51 wt%, Al 0.82 wt%, Cr wt%, Ni wt% pada lapisan TGO. Dapat dilihat bahwa nilai oksida cukup tinggi berasal dari oksida aluminum (alumina/al 2 O 3 ) dan oksida kromium (CrO) karena meningkatnya kandungan Al 2 O 3 pada daerah lapisan YSZ/Al 2 O 3 dan Al 2 O 3 yang berasal dari oksidasi Al pada lapisan bondcoat dan Al juga Cr mempunyai posisi yang paling bawah pada diagram Ellingham jika dibandingkan dengan Ni. Bila dibandingkan dari ketiga komposisi, YSZ/Al 2 O 3 30% memiliki kandungan O paling sedikit, sedangkan YSZ/Al 2 O 3 5% dan YSZ/Al 2 O 3 15% memiliki kandungan O lebih banyak. Lapisan TGO semakin tipis dengan adanya penambahan Al 2 O 3 karena Al 2 O 3 merupakan oksida yang bersifat sebagai oxygen barrier sehingga dengan adanya Al 2 O 3 menahan adanya penetrasi oksida [6]. TGO yang muncul sebelum dilakukan uji termal ini disebabkan karena adanya pengaruh panas saat proses thermal spray dilakukan. Ketika melakukan proses pelapisan topcoat, bondcoat terpengaruh panas sehingga terjadi oksidasi dan tumbuh lapisan TGO. CK OK AlK AuM PdL CrK FeK NiK Gambar 6. Hasil Pengujian SEM-EDX Perbesaran 5000x YSZ/Al2O3 30%, 200mm Setelah Proses Flame Spray Setelah Uji Termal Pengujian SEM dan EDX ini dilakukan setelah pengujian termal TGA (thermogravimetri) dengan memanaskan sampel hingga temperatur 1100 o C, dengan kenaikan temperatur 10 o C/min kemudian dilihat daerah TGO antara topcoat dan bondcoat. Gambar 7 merupakan hasil SEM dan EDX dari sampel dengan komposisi YSZ/Al 2 O 3 5% setelah dilakukan uji termal. Pada hasil tersebut diketahui bahwa nilai O dari hasil EDX meningkat dari 6.5 wt% sebelum diuji termal menjadi wt% setelah dilakukan uji termal. Hal ini menunjukkan bahwa

4 4 daerah TGO mengalami pertumbuhan yang sangat cepat setelah dipanaskan pada temperature 1100 o C. Dilihat dari hasil EDX, oksida berasal dari Cr sebesar 5.7 wt% dan Ni sebesar wt%. CK OK AlK SiK PdL CrK FeK NiK AuL Gambar 7 Hasil Pengujian SEM-EDX Perbesaran 5000x YSZ/Al2O3 5%, 200mm Setelah Pengujian Termal. Gambar 8 merupakan hasil SEM dan EDX dari sampel dengan komposisi YSZ/Al 2 O 3 15% setelah dilakukan uji termal. Dari hasil tersebut terlihat bahwa nilai O mengalami kenaikan setelah dilakukan uji termal yaitu wt% yang sebelumnya sebesar 6.88 wt%. Dilihat dari hasil EDX, oksida berasal dari Cr sebesar wt% dan Ni sebesar wt%. Disini terlihat juga bahwa nilai oksida yang ada pada sampel YSZ/Al 2 O 3 15% lebih sedikit jika dibandingkan dengan sampel YSZ/Al 2 O 3 5% karena pada sampel YSZ/Al 2 O 3 15% memiliki komposisi Al 2 O 3 yang lebih banyak. CK OK AlK SiK SK CrK FeK NiK Dari hasil SEM dan EDX setelah uji termal, dapat diketahui bahwa sampel YSZ/Al 2 O 3 30% memiliki kenaikan jumlah oksida paling sedikit dibandingkan dengan sebelum dilakukannya uji termal. Sedangkan sampel YSZ/Al 2 O 3 5% memiliki kenaikan jumlah oksida yang sangat drastis setelah uji termal. Oksigen berdifusi melalui porositas yang ada pada top coat dan menuju bond coat dan bereaksi dengan NiCrAlY yang akhirnya membentuk lapisan oksida atau juga bisa disebut sebagai oksidasi internal dari bond [6]. Untuk mengurangi tingkat oksidasi yang terjadi pada bond coat maka ditambahkan Al 2 O 3 yang dibuktikan pada sampel YSZ/Al 2 O 3 30% dengan kandungan Al 2 O 3 yang paling banyak, menghasilkan oksidasi yang paling sedikit karena Al 2 O 3 bersifat sebagai oxygen barrier yang mampu menghambat penetrasi dari oksigen ke dalam BC pada TBC sehingga dapat mengurangi oksidasi dan pertumbuhan TGO [7]. B. Analisa Uji X-Ray Difraction (XRD) Setelah Flame Spray Pada pengujian XRD ini ditemukan terdapat dua fasa Zirkonia yaitu t-zro 2 (zirkonia tetragonal) dan m-zro 2 (zirkonia monoklinik). Hal ini dikarenakan Zirkonia memiliki sifat allotropi yang memungkinkan terbentuk beberapa struktur kristal seiring dengan perubahan temperatur. Zirkonia ini bertransformasi karena adanya pengaruh panas yang disebabkan oleh Flame Spray (Qinghe, 2009). Al 2 O 3 disini terdeteksi disebabkan karena adanya porositas pada top coat sehingga Al 2 O 3 yang ada pada lapisan komposit YSZ/Al 2 O 3 yang seharusnya berada di bawah top coat ikut terdeteksi pada pengujian ini. Gambar 8. Hasil Pengujian SEM-EDX Perbesaran 5000x YSZ/Al2O3 15%, 200mm Setelah Pengujian Termal. CK OK AlK SiK YL PdL CrK FeK NiK AuL Gambar 9. Hasil Pengujian SEM-EDX Perbesaran 5000x YSZ/Al2O3 30%, 200mm Setelah Pengujian Termal. Gambar 9 merupakan hasil SEM dan EDX dari sampel dengan komposisi YSZ/Al 2O 3 30% setelah dilakukan uji termal. Sama dengan sampel-sampel sebelumnya, dari hasil EDX terlihat bahwa nilai O mengalami kenaikan setelah dilakukan uji termal yaitu wt% yang sebelumnya sebesar 4.51 wt% dan oksida berasal dari Cr sebesar wt% dan Ni sebesar wt%. Gambar 10. Hasil pengujian XRD pada permukaan atas sebelum uji termal pada setiap komposisi Setelah Uji termal Hasil XRD setelah uji termal ini memiliki beberapa perbedaan dengan pengujian sebelum uji termal. Perbedaan terdapat pada intensitas puncak dari t-zro 2. Fasa m-zro 2 yang sebelumnya muncul setelah proses flame spray, pada hasil XRD setelah uji termal sudah tidak terdeteksi dikarenakan m-zro 2 sudah bertransformasi menjadi t-zro 2 pada temperatur 1100 o C. Selain itu juga terdapat perbedaan pada identifikasi Al 2 O 3. Al 2 O 3 yang terbentuk disini berbeda dengan Al 2 O 3 sebelum

5 5 dilakukan uji termal yang didapatkan dari hasil analisa kartu PDF Perbedaan ini dimungkinkan karena adanya oksidasi yang terjadi dengan Al dari bondcoat saat uji termal. Selain itu juga muncul puncak baru yang terdeteksi sebagai CrO ( ) yang merupakan hasil oksidasi dengan Cr yang berada pada bondcoat. Semua komposisi memiliki puncak yang terdeteksi sebagai CrO. Dari semua komposisi, sampel dengan kandungan YSZ/Al 2 O 3 5% memiliki puncak CrO paling tinggi sedangkan sampel dengan kandungan YSZ/Al 2 O 3 30% memiliki puncak CrO paling rendah. Hal ini menunjukkan bahwa komposisi YSZ/Al 2 O 3 30% memiliki tingkat kerusakan lebih sedikit dibandingkan dengan komposisi YSZ/Al 2 O 3 5% dan YSZ/Al 2 O 3 15% karena penambahan Al 2 O 3 mampu menahan oksigen melakukan penetrasi melalui topcoat menuju bondcoat sehingga tingkat oksidasi menjadi turun. dikarenakan spesimen Hastelloy X memiliki temperatur kerja hingga 870 o C [8]. Gambar 13 menunjukkan grafik dari analisa 1 st Derivative. Grafik ini menunjukkan tingkat kestabilan sampel ketika dilakukan uji termal. Tingkat kestabilan sampel dapat dilihat dari tinggi rendahnya gerutan yang ada. Semakin rendah gerutan yang muncul, maka kestabilan sampel semakin baik. Gerutan ini menunjukkan adanya reaksi yang terjadi pada sampel. Dari hasil analisa 1 st Derivative didapatkan tingkat kestabilan sampel dari yang paling stabil berturut-turut adalah YSZ/Al 2 O 3 30%, 200mm; YSZ/Al 2 O 3 15%, 200mm; YSZ/Al 2 O 3 5%, 150mm dan YSZ/Al 2 O 3 15%, 150mm. Gambar 13. Pengaruh Temperatur Terhadap mg/c Gambar 11. Hasil pengujian XRD pada permukaan atas sesudah uji termal pada setiap komposisi C. Analisa Pengujian Thermal TGA dan Thermal Torch Thermal TGA Gambar 12. Pengaruh Temperatur terhadap Penambahan Massa Dari pengujian TGA pada Gambar 12 dapat dilihat bahwa terjadi perubahan massa setiap kenaikan temperatur. Hasil pengujian ini menunjukkan bahwa massa bertambah dengan naiknya temperatur. Hal ini mengindikasikan bahwa ada reaksi yang terjadi. Ketika temperatur naik, terjadi oksidasi yang menyebabkan massa sampel bertambah. Terlihat pada sampel yang tidak dilakukan coating mengalami kenaikan massa cukup signifikan mulai temperatur sekitar 800 o C hingga 1100 o C. Ini Thermal Torch Pengujian Thermal Torch bertujuan untuk mengetahui ketahanan fisik dari lapisan keramik terhadap pembebanan termal secara langsung menggunakan busur las oxyacetylene. Pengujian ini menggunakan busur las Oxydizing flame dengan temperatur nyala maksimum 2000 o C. Setelah itu dilakukan pengukuran volume cacat pada sampel dengan menggunakan air yang diteteskan dan dihitung volumenya sesuai cacat sampel dengan menggunakan buret. Setelah mendapatkan hasil pengukuran volume cacat pada sampel, kemudian dibuat grafik hubungan antara pengaruh jarak spray terhadap volume cacat pada uji Thermal Torch Oxyacetilene yang ditunjukkan pada Gambar 14. YSZ/Al 2 O 3 15% 150mm dan YSZ/Al 2 O 3 30% 250mm hanya mengalami kerusakan dengan volume 0,05 cm 3. Hal ini terjadi karena sampel YSZ/Al 2 O 3 15% 150mm memiliki kestabilan coating yang baik ketika dilakukan uji termal terbukti dari hasil yang ditunjukkan oleh grafik hasil uji 1 st Derivative TGA. Namun pada sampel YSZ/Al 2 O 3 30% 150mm memiliki rata-rata volume cacat 0,2 cm 3. Hal ini disebabkan karena porositas permukaan yang ada cukup banyak terlihat dari hasil pengujian SEM. Porositas pada sampel YSZ/Al 2 O 3 30% 150mm menyebabkan oksigen berdifusi melalui celah dan menuju bond coat kemudian terjadi oksidasi di permukaan bond coat sehingga coating terkelupas dan hancur tiba-tiba.

6 6 Dari pengujian lekat ini didapatkan hasil bahwa kekuatan lekat naik seiring bertambahnya kandungan Al 2 O 3 pada komposit YSZ/Al 2 O 3. Komposisi sampel YSZ/Al 2 O 3 30% memiliki rata-rata kekuatan lekat yang paling tinggi. Hal ini dikarenakan Al 2 O 3 berfungsi sebagai oxygen barrier untuk mengurangi munculnya lapisan TGO yang bisa menyebabkan penurunan kekuatan lekat. Thermal stress merupakan faktor utama yang mempengaruhi kekuatan lekat sampel. Tegangan ini bisa didapatkan ketika selesai dilakukan flame spray karena sampel mendapat pengaruh panas pada saat proses spraying, selain itu lapisan TGO (Thermally Grown Oxide) yang muncul diantara lapisan topcoat dan bondcoat juga akan melemahkan kekuatan lekat dari TBC dan membuatnya mudah mengalami pengelupasan [9]. Dari hasil semua pengujian, untuk mengetahui variasi terbaik dalam proses coating ini, maka selanjutnya dilakukan scoring pada tiap pengujian untuk sampel terbaik seperti ditunjukkan pada tabel 2. Tabel 2. Scoring sampel pada tiap pengujan Gambar 14. Pengaruh Jarak Spray Terhadap Volume Cacat pada Uji Thermal Torch Oxyacetilene D. Analisa Pengujian Pull Off YSZ/ Al2O3 5% YSZ/ Al2O3 15% YSZ/ Al2O3 30% Variabel SEM/ EDX TGA 1 st Derivative Thermal Torch Pull Off 150mm 200mm 250mm 150mm 200mm 250mm 150mm 200mm 250mm Scoring hasil pengujian pada tabel diatas dilakukan dengan membuat tiga peringkat sampel dengan variasi terbaik pada tiap pengujian. Sampel dengan peringkat satu diberikan bintang tiga, peringkat dua diberikan bintang dua dan peringkat tiga diberikan bintang satu. Dari hasil scoring, terlihat bahwa sampel yang memiliki nilai paling baik dari semua pengujian adalah sampel YSZ/Al 2 O 3 30%, 200mm; kemudian selanjutnya adalah YSZ/Al 2 O 3 30%, 250mm dan YSZ/Al 2 O 3 15%, 200mm. Gambar 15. Pengaruh Jarak Spray Terhadap Kekuatan Lekat IV. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa:. 1. Kandungan Al 2 O 3 pada lapisan komposit YSZ/ Al 2 O 3 memberikan pengaruh pada sifat kelekatan dengan nilai kelekatan rata-rata pada kandungan YSZ/Al 2 O 3 5% 12,76 MPa; YSZ/Al 2 O 3 15% 11,79 MPa dan YSZ/Al 2 O 3 30% 19,98 MPa. 2. Kandungan Al 2 O 3 pada lapisan komposit YSZ/ Al 2 O 3 memberikan pengaruh pada ketahanan termal dengan nilai oksidasi dari hasil pengujian EDX yang menunjukkan nilai O setelah pengujian termal pada kandungan YSZ/Al 2 O 3 5% 25.29wt%, YSZ/Al 2O 3 15% 14.35wt% dan YSZ/Al 2O 3 30% 11.83wt%. 3. Jarak spray memberikan pengaruh terhadap kekuatan lekat dengan nilai yang paling stabil didapatkan pada jarak

7 7 200mm dari ketiga kandungan YSZ/Al 2 O 3 5% 13,41 MPa; YSZ/Al 2 O 3 15% MPa dan YSZ/Al 2 O 3 30% 20,4 MPa. 4. Jarak spray memberikan pengaruh terhadap ketahanan termal dengan volume cacat paling rendah didapatkan pada jarak 150mm dengan kandungan YSZ/Al 2 O 3 5% dari hasil uji Thermal Torch dengan nilai 0,05 cm Lapisan komposit YSZ/Al 2 O 3 dan jarak spray berpengaruh terhadap unsur sebelum pengujian termal dengan didapatkan fasa t-zro 2, m-zro 2 dan Al 2 O 3 untuk tiap kandungan pada pengujian XRD. 6. Lapisan komposit YSZ/Al 2 O 3 dan jarak spray berpengaruh terhadap unsur setelah pengujian termal dengan didapatkan fasa t-zro 2, Al 2 O 3 dan peak baru berupa CrO pada pengujian XRD, dengan peak yang paling tinggi ditunjukkan pada kandungan YSZ/Al 2 O 3 5% dan paling rendah pada kandungan YSZ/Al 2 O 3 30%. DAFTAR PUSTAKA [1] Ren, C. Y. D. He. D., dan R. Wang Al 2 O 3 /YSZ Composite Coatings Prepared by A Novel Sol-Gel Process And Their High-Temperature Oxidation Resistance. Oxide Metal Journal Springer 74: [2] ASM Handbook of Thermal Spray. ASM Internasional [3] Rajasekaran, B., G. Mauer, dan R. Vaben Enhanced Characteristics of HVOF-sprayed MCrAlY Bond Coats for TBC Applications.ASM International JTTEE5 20: DOI: /s [4] Padture, N. P., Gell, M. dan Jordan, E. H Thermal Barrier Coatings for Gas-turbine Engine Applications. Journal of Science. 296, 280. [5] Li, Yanjun, Youtao Xie, Liping huang, Xuanyong Liu, Xuebin Zheng Effect of Physical Vapor Deposited Al 2 O 3 Film on TGO Growth in YSZ/CoNiCrAlY Coatings. Ceramics International [6] Hasab, Mehdi Ghobeiti dan Kamran Rashnuei Comparison of Oxidation Resistance of YSZ and YSZ/Al 2 O 3 Coatings on Ni-Based Superalloy. Scientific Paper UDC: : [7] Zhu, C., A. Javed, P. Li, F. Yang, G.Y. Liang, P. Xiao A Study of The Microstructure and Oxidation Behavior of Alumina/Yttria-Stabilized Zirconia (Al 2 O 3 /YSZ) Thermal Barrier Coatings. Surface & Coatings Technology [8] Haynes International Book for Hastelloy X. New York : Haynes International Ltd. [9] Okazaki, Masakazu., Satoshi Yamagishi, Yasuhiro Yamazaki, Kazuhiro Ogawa, Hiroyuki Waki, Masayuki Arai Adhesion Strength of Ceramic Top Coat in Thermal Barrier Coatings Subjected to Thermal Cycles: Effects of Thermal Cycle Testing Method and Environment. International Journal of Fatigue