BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Penerapan teknologi rekayasa material saat ini semakin bervariasi hal ini disebabkan oleh tuntutan untuk memenuhi kebutuhan manusia yang beraneka ragam, oleh sebab itu manusia dituntut untuk semakin kreatif dan produktif dalam mengembangkan teknologi rekayasa material. Adapun tujuan utama rekayasa material adalah merekayasa permukaan suatu material agar diperoleh material baru yang mempunyai sifat lebih baik, diantaranya kekerasan dan ketahanan terhadap korosi meningkat. Penggunaan material pada dunia industri perlu mempertimbangkan beberapa faktor yang berhubungan dengan penggunaannya yaitu sifat mekanis bahan, ketahanan korosi serta biaya. Baja tahan karat yang lebih dikenal dengan Stainless Steel (SS) adalah baja paduan dengan kadar paduan tinggi (high alloy steel), dimana terdapat paduan kromium pada sistem paduan besi dan karbon. Paduan baja jenis ini memiliki sifat ketahanan terhadap korosi yang tinggi, sehingga penggunaanya sangat luas diantaranya digunakan pada industri kimia, makanan, minuman, medis serta industri lain yang memerlukan ketahanan terhadap korosi. AISI (American Iron and Steel Institute) menetapkan batasan untuk jenis paduan baja ini kedalam stainless steel apabila kandungan kromium dalam paduan melebihi 10-13%. Sifat ini diperoleh dari pembentukan lapisan tipis yang disebut lapisan film pasif Cr-oksida dan Ni-oksida yang stabil pada permukaan stainless
steel. Oksida ini terbentuk dari reaksi kromium dengan oksigen. Baja tahan karat AISI 410 merupakan material baja tahan karat jenis martensitik yang banyak digunakan dalam bidang industri dan kesehatan. Material ini sifat ketahanan korosinya sangat baik namun nilai kekerasan rendah dibandingkan baja tahan karat jenis martensitik lainnya, berikut komposisi kimia AISI 410 dalam % berat yaitu 0,15% C; 0,5% Ni; 1% Mn; 0,04% P; 0,03% S; 1% Si dan 13,5% Cr (Roberge, 1999). Beberapa contoh aplikasi AISI 410 seperti peralatan kesehatan untuk alat-alat kedokteran gigi dan alat-alat bedah kedokteran, pipelines, valves, nozzle, spindle, shaft, compressor dan turbine wheels. Korosi merupakan kerusakan material yang disebabkan oleh interaksi atau reaksi material dengan media sekelilingnya. Fenomena ini terjadi terutama pada permukaan suatu material. Dalam banyak hal, korosi tidak dapat dihindarkan, tetapi dapat dikendalikan. Pemahaman tentang korosi dan pengendaliannya sangat penting dalam mencari material yang berdaya guna tinggi. Nitrogen adalah suatu unsur kimia yang biasanya ditemukan sebagai gas tanpa warna, tanpa bau, tanpa rasa dan merupakan gas diatomik bukan logam yang stabil, sangat sulit bereaksi dengan unsur atau senyawa lainnya. Nitrogen dinamakan zat lemas karena zat ini tidak aktif bereaksi dengan unsur lainnya. Dengan ukuran jari-jari atom 56 µm, yang lebih kecil dari jari-jari atom karbon, gas nitrogen tidak memerlukan energy yang besar untuk dapat terdifusi kedalam permukaan material. Untuk meningkatkan sifat-sifat mekanik permukaan material dapat dilakukan dengan teknik perlakuan permukaan (surface treatment). Menurut
Sujitno (2003), surface treatment didefinisikan sebagai usaha meningkatkan kualitas permukaan suatu material/komponen sesuai yang diinginkan. Dalam bidang rekayasa permukaan bahan, cara untuk meningkatkan kualitas permukaan pada dasarnya dapat ditempuh melalui dua cara yaitu dengan menambahkan unsur tertentu/mengubah komposisi kimia (seperti C, N, TiN, TiC maupun WC) sedangkan yang kedua dengan cara mengubah fase atau struktur kristalnya kemudian dilanjutkan dengan pendinginan. Perlakuan permukaan dengan menambahkan unsur lain terbagi menjadi dua cara yaitu konvensional dan modern, cara konvensional seperti nitridasi, karburisi dan karbonitridasi sedangkan cara modern adalah teknik laser, implantasi ion dan plasma lucutan pijar. Diantara ketiga cara modern tersebut teknik plasma lucutan pijar merupakan teknik yang paling sederhana dan mudah dalam pengoperasiannya. Metode pengendalian korosi dan meningkatkan kekerasan dapat ditempuh dengan berbagai cara. Salah satu cara adalah dengan teknik perlakuan permukaan menggunakan plasma nitriding. Pada penelitian ini metode yang digunakan adalah metode plasma nitriding. Plasma Nitridasi merupakan cara pengerasan permukaan dengan mendeposisikan ion nitrogen pada permukaan benda kerja sehingga terbentuk fase nitrida yang keras dipermukaan benda kerja. Proses plasma nitriding dilakukan pada tekanan rendah dan diberi beda potensial untuk melucutkan atom gas yang mengandung nitrogen sehingga terjadi lucutan pijar yang disebut glow discharge. Proses dilakukan pada kondisi vakum dengan diisikan gas nitrogen dan kemudian diberi beda potensial diantara dua elektrodanya yang mengakibatkan terbentuknya ion nitrogen yang menuju ke benda kerja sehingga terjadi proses deposisi dan difusi ion nitrogen ke dalam permukaan benda kerja. Beberapa keuntungan proses
plasma nitriding dibanding dengan cara konvensional adalah dapat digunakan untuk seluruh bahan baja, temperatur lebih rendah dengan waktu operasi lebih pendek, tingkat kekerasan lebih tinggi dengan pengaturan dan ramah lingkungan. 1.2 Perumusan masalah Proses plasma nitriding merupakan salah satu proses perlakuan permukaan (surface treatment) yang dapat meningkatkan kualitas permukaan material baja dengan biaya yang lebih efisien. Dalam penelitian ini surface treatment dilakukan pada baja tahan karat tipe AISI 410 adalah proses nitridasi plasma/ion yaitu proses menambahkan nitrogen pada permukaan target. Permasalahan yang akan diteliti dan dibahas pada penelitian ini adalah pengaruh tekanan dan lama plasma nitriding terhadap laju korosi baja tahan karat tipe AISI 410. Pengujian yang akan dilakukan adalah pengujian kekerasan bahan, pengujian laju korosi, pengujian struktur mikro dan pengujian komposisi kimia bahan baja tahan karat tipe AISI 410 sebelum dan sesudah proses plasma nitriding. 1.3 Batasan Masalah Untuk mendapatkan hasil penelitian sesuai dengan yang diharapkan, maka dirumuskan batasan masalah guna memperjelas arah dan model sistem yang akan dicapai, yaitu: 1. Bahan yang akan dilapisi adalah baja tahan karat tipe AISI 410, dengan bentuk spesimen berupa kepingan bulat, dengan diameter 14 mm dan tebal 3 mm. 2. Ion yang digunakan untuk melapisi adalah dalam bentuk gas nitrogen (N 2 ).
3. Surface treatment dengan metode plasma nitriding DC, suhu 350ºC dan terbatas pada variasi tekanan 1,6; 1,8 dan 2,0 mbar dan variasi waktu 1, 2, 3, 4, 5, 6 jam, untuk mendapatkan kekerasan yang optimal. 4. Pengujian kekerasan menggunakan metode Vickers, beban 25 gram dan waktu indentasi (injakan) 10 detik. 5. Pengujian untuk menghitung laju korosi dilakukan dalam lingkungan garam NaCl 0.7% 6. Uji komposisi kimia dan struktur mikro. 1.4 Keaslian Penelitian Penelitian dengan plasma nitriding pada baja tahan karat tipe AISI 410 merupakan kelanjutan penelitian terdahulu, dimana pada penelitian ini jenis ion yang dilapisi adalah ion nitrogen. Penelitian pengaruh tekanan dan lama plasma nitriding terhadap laju korosi baja tahan karat tipe AISI 410 belum pernah dilakukan sehingga penelitian ini perlu dilakukan dan keaslian penelitian ini dapat dipertanggung jawabkan. 1.5 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Untuk mempelajari dan mengetahui pengaruh deposisi lapisan tipis ion nitrogen terhadap peningkatan kekerasan baja tahan karat tipe 410, dengan variasi tekanan 1,6; 1,8 dan 2,0 mbar dan variasi waktu 1, 2, 3, 4, 5, 6 jam dengan temperatur 350ºC.
2. Untuk mempelajari dan mengetahui pengaruh deposisi lapisan tipis ion nitrogen terhadap laju korosi pada baja tahan karat tipe 410 dalam lingkungan NaCl 0.7%, dimana pengujian korosi dilakukan pada spesimen dengan nilai tekanan dan waktu optimum dari variasi tekanan 1,6; 1,8 dan 2,0 dan variasi waktu 4, 5, 6 jam dan mbar dengan temperatur 350ºC. 3. Untuk mempelajari dan mengetahui pengaruh deposisi lapisan tipis ion nitrogen terhadap struktur mikro dan komposisi pada permukaan baja tahan karat tipe AISI 410. 1.6 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah: 1. Penelitian ini diharapkan memberikan informasi dan sumbangan bagi pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi di bidang teknologi rekayasa material dan diharapkan dapat menjadi acuan bagi para peneliti lainnya. 2. Menambah pengetahuan tentang pelapisan permukaan material dengan cara plasma nitriding, khususnya pengaruhnya tekanan dan waktu deposisi pada plasma nitriding terhadap kekerasan dan laju korosi pada baja tahan karat tipe AISI 410. 3. Menghasilkan data yang dapat digunakan sebagai perbandingan terhadap pengujian yang menggunakan kondisi lain atau mendekati keadaaan sesuai dengan aplikasi dalam bidang medis dan mesin industri.