Prosiding PerlemUan dun PresenlQSlllmiah
8
BukuI
PPNY-BATAN,
Yogyakarla, 23-25 April 1996
PERUBAHAN SIFAT-SIFAT MEKANIK BAHAN BESI/BAJAI ALUMINIUM TERHADAP DOSIS DAN ENERGI ION NITROGEN Slidjatmoko, Sri Slilall1d:1ri,SlItudji S., Lely Slisita, Tjipto Suyitno PP,'vT-BAT..JN, JI. B"bars"ri
Po. Box 10OS. 1'0gyakartCl 55010
ABSTRAK PERU8AH..JN SIFAT-SIFAT ,ly/EKANIK BAHAN 8ESI/8AJAI ALUMINIUM TERHADAP DOSIS DA.Y ENERGI ION NITROGEN, Dalam pene/i/ian ini telah dilakukan implantasi ion nitrogen pada permukaan bahan besi. bola SS (slainless-steel) don aluminium, Implan/asi dilakukan un/uk berbagai variasi dosis don energi ion dengan /ujuan dapa/ dihasilkan sifat-sifat mekanik yang lebih baik, yaitu lebih keras atoll lahan lerhadap keausan. Yariasi dosis ion dilakukan dengan nilai (0.4 - 4,9) x /0/7 ion/cm! don energi ion divariasi dari 30 hingga 90 ke V. Uji kekerasan mikro dilakukan dengan alaI uji kekerasan mikro "Digital Type Microhardness Tester lvlX 1'70". Hasil penelilian memmjukkan bahwa kekerasan besi (Fe) meningkal 61% pada dosis ion nitrogen 2 x /011 ion/cm! dan energi 80 keV: kekerasan stainless-sleel (SS) meningkat sekitar 70% pada dosis ion 2,2 .t 1011ion/cm! dan energi 60 keV: sedangkall aillmilliu/ll (AI) kekerasannya meningkal menjadi sekitar 108% pada dosis ion 2 x 10F ion/cm! dan energi ion 60 ke V. Dengan demikian dapal disimpulkan bahwa implan/asi ion nitrogen dapal mengllbah dan memperbaiki sifat mekanik sllalll bahan melal.
ABSTRACT THE MODIFICATION OF T1IE AlEC/IANICIlI. PROPERTIES OF IIWNISTEEUAUlMINIU.H OVER THE DOSE AND E,\'ERGr OF NITROGEN ION. In this research the nitrogen ion implan/ation on the surface of iron, sleel and aluminium has been done. The ion implantation was done by varying of the ion dose and energy with the aim that collid be obtained a good mechanical propertie~..i.e. Ihe increase in its hardness or wear resistance, Ihe ion dose varialion was done at the vallie of (0../ - ./.9) X /On ionkm! and Ihe ion energy was varied from 30 lip 10 90 ke V, The microhardness testing was done by Digital Type Microhardness Tesler MX 1'70, II was obtained thaI the hardness of iron (Fe) increases abolll 61% al nitrogen ion dose of 2 x 10/7ion/cm] and ion energy 80 keII: the hardness of slain less-steel increases abolll 70% al the nitrogen ion dose of 2,2 x 10/7 ion/cm! and ion energy 60 keY: and Ihe hardness of aluminium increase about 108% at nilrogen ion dose 2 .t 10/7 ion/cm! and ion energy 60 ke V. Therefore collid be concluded that Ihe nilrogen ion implan/alion can modify and improve Ihe mechanical properties of metal.
PENDAHULUAN
I
mp,antasi ion l11empunyaibeberapa keunggulan apabila digunakan untuk proteksi keausan atau peningkatan kekerasan suatu bahan. Hampir semua jenis unsur dapat diimplantasikan pada suatu bahan, tak dipengaruhi oleh kendala termodinamik, implantasi dapat dilakukan pada suhu rendah (suhu kamar) sehingga memberikan suatu keluwesan dalam pemilihan perlakuan permukaan bahan (malerials slIrface treatment) yang tidak dapat dilakukan dalal11 metoda difusi atau pelapisan (coaling) konvensional [1],
Sudjatmoko. dkk.
Pada proses implantasi ion, jumlah dun kedalaman penetrasi ion dopan pada pennukaan bahan dapat dikontrol, sehingga sifat-sifat bahan hasil implantasi dapat diatur [2]. Proses implamasi ion tersebut telah dirintis sejak tahun 1960 untuk menyisipkanunsur-unsur aktif secara listrik ke dalam silikon dun bahan-bahan semikonduktor yang lainnya. Teknik ini sel11akinberkembang dun secara luas telah diaplikasikan datum industri mikroelektronika sejak tahun 1970. Dengan teknik implantasi ion, unsur-unsur yang dipilih dapat disisipkan ke dalam setiap bahan tanpa I11cmpedulikandifusitasnya atau solubilitas padatan dun pada suhu rendah, telah memacu berbagai
ISSN 0216-3128
Prosidillg Perlellllloll doll Perselliasi J/miah PPNY-BATAN.
Yogyakorta 23-25 Apri//996
penelitian tentang efek perlakuan bahan pada sifat permukaan bahan metal setelah diimplantasi [2,3]. Selanjutnya implantasi ion diusulkan penggunaannya sebagai teknik untuk mengubah clan Illemperbaiki sifat-sifat bahan, clan hal ini telah mulai dilakukan di Laboratorium Harwell untuk memperbaiki sifat-sifat mekanik dan korosi dari besilbaja dalam industri nuklir [2]. Perubahan dalam koefisien gesekan telah diamati pada awal penelitian tentang implantasi ion, yang mendorong stUdi keausan bahan menggunakan metoda "pin-ondisc" di laboratorium. Suatu kemajuan yang cukup berarti telah dicapai secara cepat dengan implantasi ion nitrogen konsentrasi tinggi ke daJam besi/baja. konsentrasi tersebut jauh melebihi dari batas solubilitas padatan. Tujuan dari penelitian dalam makalah ini adalah menyelidiki perubahan sifat mekanik yang terjadi jika bahan besi, stainless-steel clan aluminium diimplantasi dengan ion-ion nitrogen. Perubahan sifat mekanik ini khususnya adalah peningkatan angka kekerasan bahan. Untuk mendapatkan peningkatan angka kekerasan optimal dilakukan variasi dosis clan energi ion nitrogen. Sedangkan pengujian angka kekerasan dari bahan setelah implantasi ion nitrogen dilakukan dengan Blat uji kekerasanmikro.
TEORJ Implantasi ion adalah suatu proses yang dapat mengubah clan memperbaiki sifat-sifat permukaan suatu bahan dengan cara menambahkan atom-atom dopan dalam bentuk ion-ion kecepatan tinggi yang dihasilkan oleh akselerator implantasi ion. Dalam teknologi semikonduktor, dosis ion dopanyang diperlukanadalah lO" hingga 1016 ionlcm2, akan tetapi untuk doping pada bahanbahan metal (non semikonduktor) diperlukan dosis ion tinggi yaitu 1017sampaidengan IOt8 ionlcm2. Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil implantasi ion antara lain adalah energi ion dopan, massa atom dopan (jenis atom dopan), massaatom bahan yang diimplantasi (jenis bahan) clan dosis ion dopan sebagaifungsi dari kuat arus ion dopan [3J. Salah satu pertimbangan yang sangat renting dalam proses implantasi ion adalah distribusi ljangkall) kedalaman dari ion-ion yang diimplantasikan [4J. Dalam tahun-tahun terakhir ini telah banyak eksperimen clan perhitungan teoritis
ISSNO216-3128
Bukul
9
yang dilakukan untuk memahami proses energi yang hilang yang mempengaruhi distribusi jangkau ion yang terimplantasi. Secara umum dapat dijelaskan proses energi yang hUang yaitu adanya beberapa efek yang berbeda yang terjadi selama tumbukan antara ion-ion dengan bahan dalam proses implantasi, ion-ion akan terhenti atau terhambur. Ada dUB efek dominan yang terjadi dalam penghentian ion-ion yang menumbuk bahan yaitu tumbukall inti tak elastik clantumbukan elastik dengan elektron dari atom bahan[3]. Berdasarkan perhitungan teoritis memberikan suatu estimasi dari kedalaman penetrasi ion (Rp) dimana konsentrasi dari ion-ion dopan yang terimplantasi mencapai nilai maksimum, clanjuga deviasi standar cr Rp di sekitar kedalaman tersebut. Konsentrasi ion dopan rata-rata (n) dalam daerah sekitar Rp mempunyai distribusi kira-kira berbentuk Gaussian [3,4], (1)
n E!Nd/(2,5CJ'Rp)
dimana Nd adalah jumlah ion yang terimplantasi per satuan
loBs.
Persamaan (I) di alas adalah pendekatan orde-pertama yang sangat bermanfaat untuk memperkirakan konsentrasi maksimum dari ion-ion dopan yang terimplantasi. Konsentrasi N(x) sebagai fungsi kedalaman penetrasi dapat dinyatakan sebagai berikut, N(x)
= n exp[-(x- Rp)l
/
CJ'
R/l
(2)
dimana konsentrasi ion dopan kira-kira nllO pada x = Rp:t 2cr Rp clan sekitar nllOO pada x = Rp:t 3crRp. Akan tetapi persamaan tersebut dapat dipakai dengan beberapa pertimbangan yaitu tidak terjadi efek pengkanalan maupun efek difusi yang mungkin terjadi selama proses implantasi ion. Efek difusi dapat menjadi renting terutama dalam implantasi ion dosis tinggi pada suhu kamar, dimana daerah yang terimplantasi berubah menjadi
suatu lapisanamorf.
.
TAT A KERJA DAN PERCOBAAN Preparasi Cuplikan Cuplikan yang digunakan dalam penelitian ini adalah besi, baja tahan karat (stainless-steel) clan aluminium yang dapat dibeli di pasaran. Preparasi cuplikan meliputi pemotongan bahan besi, stainless-steel clan aluminium berbentuk
Sudjatmoko, dkk.
10
Bllku /
lingkaran dengan diameter 15 mm dan ketebalan 1
hingga 2 min. Pacta tahap awal dilakukan penghalusan permukaan cuplikan dengan menggunakan kertas abrasif cahan air. Proses pemolesan dilakukan secara bertahap, yaitu dari pemolesan kasar menggunakan kertas abrasif nomor 180 sampai dengan pemolesan halus dengan memakai kertas abrasif nomor 1.200. Selanjutnya untuk mendapatkan permu-kaan yang lebih halus dan mengkilap dilakukan penggosokan dengan autosol. Setelah itu untuk menghilangkan serbuk berkas kertas abrasif, lemak atau kotoran yang masih melekat, cuplikan dicuci dengan air dan terakhir dimasukkan ke dalam alkohol 95% agar terbebas dari oksida dan zat-zat pengotor yang tidak terlihat. Penghalusan permukaan cuplikan hingga mengkilap bertujuan agar supaya jejak indentor pacta saar uji kekerasan dapat terlihat jelas. Jika jejak indentor terlihat jelas, maka panjang diagonal indentor dapat diukur secara seksama dan akibatnya akan dihasilkan nilai kekerasan yang lebih teliti. Proses
Implantasi
Ion
Implantasi ion-ion nitrogen dilakukan dengan menggunakan akselerator implantasi ion energi rendah ISO keY buatan PPNY-BATAN. Sebelum proses implantasi ion berlangsung, akselerator implantasi ion dihampakan dengan pompa rotari dan pompa difusi hingga mencapai orde 1006 torr. Langkah selanjutnya adalah menghidupkan sumber ion jenis Penning dan sumber tegangan tinggi Cockcroft-Walton. Dalam pelaksanaan implantasi ion, dosis ion nitrogen divariasi dengan tara mengubah-ubah waktu implantasi pacta arus berkas ion nitrogen tetap ISO !-lA. Dosis ion nitrogen yang diimplantasikan ditentukan dengan rumusan N=/t/eA
(3)
dimana I adalah arus berkas ion (ampere), t adalah waktu implantasi (detik), e sarna dengan 1,6 x 10019Coulomb dan A adalah luasan target (cm2). Selain dilakukan variasi besarnya dosis ion juga dilakukan variasi energi ion dari 30 keY hingga 90 keV dengan tara mengubah-ubah besarnya tegangan tinggi pemercepat berkas ion.
Prosiding Perle"lIIan dan PreSenlG.f; /lmiah PPNY-BATAN. Yagyakarla. 23-25 Ap,,//996
sedangkan angka kekerasannya didefinisikan sebagai beban terpasang (gf = gram force) dibagi dengan luas permukaan jejak (mm2). Uji kekerasan permukaan bahan hasil implantasi dilakukan dengan menggunakan "Digital Type Microhardness Tester MX T70" merk Matsuzawa. Beban indentor piramida intan ditentukan sebesar 10 gram dan waktu uji adalah IS detik. Bekas setiap tindikan dari indentor diamati dengan mencmpatkan posisi dua garis sejajar di ujung-ujung diagonal bekas indentor.
HASIL DAN PEMBAHASAN Penggunaan teknik implantasi ion untuk mendapatkan sifat-sifat permukaan suatu bahan yang lebih unggul mempunyai banyak kelebihan jika dibandingkan dengan teknik yang lain, misalnya dengan teknik nitridasi atau karburasi yang pacta umumnya dilakukan pacta kondisi suhu tinggi. Sebagai akibatnya saat didinginkan bahan akan mengalami tekanan termal (thermal stress) yang tidak dikehendaki, karena tekanan termal akan mengakibatkan bahan cenderung mengalami perubahan dimensi (distorsi). Untuk mengurangi tekanan termal ini biasanya dilakukan proses pemanasan lagi yang tentunya proses menjadi lebih lama dan menambah biaya operasi yang lebih tinggi. Pactateknik implantasi ion nitrogen ke dalam permukaan bahan besi, stainless-steel dan aluminium dilakukan dalam suhu kamar, dengan demikian dapat menghindari terjadinya tekanan termal. Untuk mendapatkan sifat-sifat mekanik yang optimal dari bahan dilakukan dengan memvariasi dosis ion nitrogen yang diimplan-tasikan dan energi ion nitrogen. Arus berkas ion nitrogen dipilih yang paling optimal dan stabil yaitu sebesar 150 !-lA,diharapkan akan diperoleh dosis ion yang stabil selama proses implantasi. Berdasarkan persamaan (3), variasi dosis ion nitrogen dilakukan dengan variasi waktu implantasi. Sedangkan untuk mendapatkan variasi kedalaman penetrasi ion nitrogen pada bahan dilakukan variasi energi ion nitrogen dengan cara mengubah-ubah besarnya tegangan pemercepat berkas ion.
Uji Kekerasan Mil{ro Kekerasan dapat didefinisikan sebagai ketahanan bahan terhadap deformasi plastis,
Sudjulmoko, dkk.
ISSN 0216-3128
Prosiding Pertemuan don Persentas/ JIm/air
BukuJ
PPNY.BATA/I'. Yogyakarta 13.25 April J996
II
!(I)
]JI
g400
~.3lj
~
~~
!~ ~n
Jm ~
.
~c <
12l!O co ~%2S
100
n
0
1.1
OJ
0
l'
0
14
(14
Gambar
I. Grafik hasil uji kekerasan mikro dati euplikan besi sebelum don sesudah implantasi iO/1nitrogen lintIlkvariasi dosis ion pada energi ion 80 ke V.
11
3.1
Gambar 3. Grafik hasi/ uji kekerasan mikro dati stainless-steel sebelum don sesudah implantasi ion nitrogen untuk variasi dosis ion pada energi ion 80 ke V. Gambar 3 adalah basil uji kekerasan mikro dati cuplikan stainless-steel sebelum clan setelah diimplantasi ion nitrogen untuk variasi dosis ion pada energi 80 keY. Sebelum diimplantasi angka kekerasannya 241,4 KHN clan
!(I)
gc
~
!~
XI)
~XI)
i<
U
D:>ois len (x 10'17 iol>"='2)
D:>sisIon (x 10"17 ioo/='2)
gc gc!o)
1(1)
0 4S
t)
10
90
Eoe:rgi 1m (I.:eV)
J
~IOO
!
Gambar 2. Grafik hasil uji kekerasan mikro dari Besi 1111luk berbagai variasi energi ion pada dosis ion 2 x 10/7ion/em)
~ 100 0 0
J)
8) Eottgi
Hasil uji kekerasan mikro dari bahan besi untuk berbagai nilai dosis ion nitrogen ditunjukkan dalam Gambar 1, dimana dosis ion nitrogen divariasidaTi0,5 x 10" ionlcm2hingga4 x 10" ionlcm2pada energi ion 80 keY. Dari uji kekerasan mikro tersebut diperoleh angka kekerasan optimal 415,8 KHN pada dosis ion nitrogen oplimal 2 x 10" ionlcm2. Jika angka kekerasan ini dibandingkan dengan cuplikan yang belum diimplantasi diperoleh kenaikkan kekerasan sebesar 6J% atau naik sekitar J,6 kali. Gambar2 adalah basil uji kekerasan cuplikan besi untuk berbagai nilai energi ion pada dosis ion optima! 2 x 1017ioncm2. Angkakekerasan optimaldiperoleh sekitar .t15,8 KHN pada energi ion 80 keY, sehingga diperoleh kenaikan kekerasan sekitar 1,6 kali dibandingkan dengan cuplikan besi sebelum diimplantasi dengan ion.ion nitrogen.
ISSN 0216-3128
10
10
90
Ion (I.:eV)
Gambar 4. Grafik hasi/ IlJi kekerasan mikro dati stainless-steel untuk berbagai variasi energi ion pada dosis ion 2,2 x 10/7ion/oil) setelah diimplantasi dengan ion nitrogen angka kekerasanoptimalnya336,2 KHN pada dosis ion 2,2 X 10" ion/cm2. Setelah dilakukan implantasi ion nitrogen dengan memvariasi besamya energi ion pada dosis ion optimal diperolehhasil seperti terlihat pada Gambar 4. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa angka kekerasan optimal dati stainless-steel adalah 408,9 KHN terjadi pada energi ion 60 keY. Hasil ini jika dibandingkan dengan angka kekerasan stainless-steel sebelum diimplantasi terjadi peningkatan kekerasan sebesar 70% atau naik sekitar J,7 kalinya.
Sudjatmoko, dkk.
Bliku I
12
)0 ~u
~ >
I: :!! .= 10
~
0 0
1.3
17 Dxis
.u
14
100 (X10" 17 iooIan"2)
Gambar 5. Grajik hasil ztji kekerasan mikro dari Aluminium sebellim don seslidah implan/asi ion nitrogen zmwk variasi dosis ion pada energi ion 80 keY. Gambar 5 adalah hasil uji kekerasan yang diperoleh dari euplikan aluminium sebelum qan sesudah diimplantasi dengan ion-ion nitrogen untuk berbagai variasi dosis ion pacta energi ion 80 keY. Hasil pengujian tersebut menunjukkan bahwa angka kekerasan aluminium optimal adalah 28,6 VHN pada dosis ion 2 x 1017 ion/em2,sedangkan angka kekerasan aluminium sebelum diimplantasi adalah 15,5 VHN. Setelah dilakllkan implantasi ion nitrogen untuk berbagai nilai energi ion pacta dosis ion optimal 2 x 1017 ion/cm2 diperoleh bahwa angka kekerasan optimalnya 32;2 VHN pactaenergi ion 60 keY (Gambar 6). Angka kekerasan tersebllt naik sebesar 108% atau meningkat menjadi sekitar dull. kalinya dibandingkan dengan angka kekerasan aluminium sebelum diimplantasi dengan ion nitrogen. JS )0
~u i1O I! 1.!u
~
.a, 10
~, 0
0
)0
"
60 &cgi
"
.,
\JO
100 t1.:l:V)
Gambar 6. Grafik hasil uji kekerasan mikro daTi Aluminium untuk berbagai variasi energi ion radII. dosis ion 2 x 1017 ion/em2 Datam teknik implantasi ion peningkatan angka. kekerasan suatu bahan dapat terjadi karena adanya tiga kemungkinan yaitu kerusakan lapisan
Sudjatmoko. dkk.
Prosiding Pertemllan dun Presen/aStllmlah PPNY.BATAN. Yogyakarta. 13.15 .~prlI1996
karena radiasi (radiation damage), ion. ion nitrogen menempati posisi interstisial daJam kisi-kisi atom bahan clanterbentuknya scnyawa baru (fasa kedua). Terjadinya peristiwa tersebut di alas dapat diketahui seeara pasti dengan melihat struktur mikro dari kristal bahan setelah implantasi ion. Dalam Gambar l, 3 dan 5 ditunjukkan bahwa pada dosis ion yang rendah diperoleh angka kekerasan yang juga masih rendah, hil.Iini karena konsentrasi ion nitrogen (ion/em3) yang terimplantasi pacta permukaan bahan masih rendall, yang sesuai dengan persamaan (2) di alas. Jika nilai dosis ion yang diimplantasikan dinaikkan maka angka kekerasan bahan akan bertambah clan pacta suatu dosis ion optimal tertentu diperoleh angka kekerasan yang optimal. Hal ini kemungkinan besar disebabkan karena ion-ion nitrogen yang menempati posisi insterstisial dalam kisi-kisi atom bahan telah meneapai kondisi optimal clan membentuk senyawa baru yang juga optimal. Setelah kondisi optimal tersebut dilewati yaitll dcngan menaikkan dosis ion yang diimplantasikan diperoleh angka kekerasan yang justru menurun, hil.Iini karena sudah tidak terdapat posisi interstisial dalam kisi-kisi atom bahan yang dapat ditcmpati oleh ion-ion nitrogen atau dalam kondisi jenuh clan juga karena terjadi pembentukan lapisan amorf pacta permukaan bahan akibat semakin besamya dosis ion yang diimplantasikan [3,4]. Peningkatan kekerasan bahan selain dilakukan dengan menaikkan besamya dosis ion juga disertai dengan meningkatkan energi ion dopan. Dengan meningkatkan besamya energi ion diharapkan dapat memperbesar kedalaman penetrasi ion dopan pacta permukaan bahan. Konsentrasi ion meneapai nilai optimal pada kedalaman penetrasi ion (x) sarna dengan jangkau ion terproyeksi (Rp), sedangkan jangkau ion terproyeksi berbanding langsung dengan besamya energi ion dopan. Dalam Gambar 2, 4 dun 6 ditunjukkan peningkatan angka kekerasan bahan sebagai fungsi daTienergi ion nitrogen. Jika energi ion dinaikkan hingga meneapai nilai tertentu. maka diperoleh angka kekerasan yang paling optimal. Hal ini disebabkan karena dengan bertambahnya energi ion akan mengakibatkan jllmlah atom-atom bahan yang bergeser membentuk vakansi dalam kisi-kisi atom bahan semakin banyak. Sebagai akibatnya akan terjadi pengisian vakansi tersebut oleh ion-ion nitrogen clan terbentuk senyawa baru atau rasa kedua yang memperbesar sumbangannya dalam menghambat gerakan dislokasi, sehingga kekerasan bahan akan meningkat. Setelah angka
ISSN0216.3128
Prosidillg Perrell/ua/! dati Persentasi Ilmiall PPNr-BATAN.
Yog}'akarta 23-25 April /996
kekerasan mencapai nilai optimal pactaenergi ion tertentu. jika energi ion dinaikkan lagi akan diperoleh penurunan angka kekerasan bahan. Penurunan angka kekerasan bahan karena terjadi kerusakan pactapermukaan bahan clan terjadi lapisan amorfyang mengakibatkan perubahan struktur. Teknik implantasi ion untuk mengubah clan memperbaiki sifat-sifat mekanik suatu bahan juga telah dilakukan oleh beberapa pencliti di luar negeri. Dearnaley [2] telah melakukan implantasi ion-ion nitrogen dengan dosis ion di atas 2 x 1017 ion/cm1 pacta bahan titanium alloy (Ti-6%,AI4%,V) menghasilkan peningkatan kekerasan hingga 180% clan memperbaiki ketahanannya terhadap keausan. Selain itu Deamaleydkk [5) telah melakukan implantasi ion-ion nitrogen pacta baja-karbon clanperkakas baja dengan dosis ion 2 hingga 7 x 1017 ion/cm2 diperoleh peningkatan angka kekerasan hingga 50%. .Selain itu Xie Zhong-yin dkk [6] telah melakukan implantasi ion nitrogen pada baja karbon tinggi (18%W,4%Cr, I%V) dengan dosis ion 2 x 1017ion/cm2, mereka memperoleh peningkatan angka kekerasan bahan hingga 69% terhadap bahan yang belum diimplantasi, serta dapat memperbaiki sifat ketahanan bahan tcrhadap keausan. Dengan demikian berdasarkan penelitian yang telah dilakukan clan hasil-hasil yang telah diperoleh oleh beberapa peneliti seperti tersebut di alas, maka teknik implantasi ion khususnya ion-ion nitrogen dapat mengubah clan memperbaiki sifat mckanik dari suatu bahan metal.
KESIMPULAN Berdasarkan basil-basil yang telah diperoleh seperti diuraikan di alas maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut. I.
Hasil uji kekerasan cuplikan besi setelah diimplantasi dengan ion-ion nitrogen pacta dosis ion optimal 2 x IOt7ionlcm2clanenergi ion 80 keY diperoleh peningkatan kekerasan sekitar 61% atau naik sekitar 1,6 kali dibandingkan dengat'l cuplikan besi sebelum diimplantasi. Implantasi ion nitrogen pacta cuplikan stainless-steel dengan dosis ion nitrogen 2,2 x 1017 ion/cm2 pactaenergi ion 60 keY diperoleh peningkatankekerasan 70% ataunaik 1,7 kalinya, sedangkan implantasi ion nitrogen pada cuplikan aluminium dengan dosis ion 2 x 1017ion/cm2 clan pada energi ion 60 keY diperoleh peningkatan kekerasan 108% atau
ISSN 0216-3128
13
Bllkll /
2.
naik sekitar dua kalinya dibandingkan dengan cuplikan yang belum diimplantasi. Teknik implantasi ion dapat mengubah clan memperpaiki sifat mekanik suatu bahan terutama dapat meningkalkan kekerasan clan ketahanan terhadap keausan. Peningkatan kekerasan clan ketahanan terhadap keausan dapat terjadi karena adanya tiga kemungkinan yaitu kerusakan. lapisan permukaan karena radiasi, ion-ion dopan menempali posisi interstisial dalam kisi-kisi atom bahan, serta terbentuknya senyawa baru. Pada dosis clan energi ion yang rendah angka kekerasan bahan masih rendah clan dengan dosis clanenergi ion yang semakin besar diperoleh peningkatan kekerasan bahan, clan pacta dosis clan energi ion optimal dihasilkan angka kekerasan yang juga mencapai nilai optimal. Hal ini diduga terjadi karena ion-ion nitrogen menempati posisi interstisial clan vakansi yang optimal dalam kisi-kisi atom bahan, yang akhimya membentuk suatu senyawa barl1 atau rasa ke-dua yang mempunyai sifat mekanik lebih unggul.
DCAPAN TERIMA KASIH Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Sdr. Sunarto dan Sdr. Murtidjan yang telah banyak membantu pelaksanaan penelitian ini. Mudah-mudahan budi baik tersebut mendapat balasan dari Allah SWT. Amien.
DAFT AR rUST AKA I. HUBLER, G.K., SMIDT, FA, Application of Ion Implantation to Wear Protection of Materials, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 87/8, (1985) 151-157.
2. DEARNALEY, G., Ion Implantation Part II : Ion Implantation in Nonelectronic Materials, Nuclear Instruments and Methods in Physics ResearchB24/25,(1987) 506-511. 3. RYSSEL, H., RUGE, I., Ion Implantation, John Wiley & Sons, Chichester, (1986). 4. MAYER J.W., et ai, Ion Implantation in Semiconductors, Silicon and Germanium, Academic Press, New York (1970). ~
5. DEARNALEY,
et ai, Microhardness and Nitrogen Profiles in Ion Implanted Tungsten
Sudjatmoko, dkk.
Prosidmg
14
Bukul
Carbida and Steels, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 87/8, (1985) 188-194.
6. XIE ZHONG-YIN, et ai, Ion Implantation for Improving Wear Resistance of Metals, Proc. of the 3rd International Conference on Modification of Surface Properties of
Sudjatmoko
- Proses
yang paling dominan adalah terbentuknya cacat berupa kekosongan (vacancy) don intersisi akibat terjadinya kerusakan radiasi (radiation damage). Proses tersebul berbeda dengan yang diakibatkan oleh radiasi berkas elektron.
Widdi Usada - Apakah dapat diperkirakan kedalamandengan energi 30 - 90 keY. Apakah dengan energi diatas, bahan tersebut layak digunakan untuk standar industri (kira-kira) ? Sudjatmoko
- Secara
teori kedalaman penetrasi ion dopan dapat dihitztng atoll diperkirakan berdasarkan besarnya ni/ai jangkau terproyeksi Rp. Menllrlll komi energi ter~;ebut layak digunakan datum industri.
S. Simbolon - Ion nitrogen di dalam logam yang diimplantasikan Fe, SS dan AI hanya sedikit sekali, apakah ion nitrogen mengganti atom yang diimplantasikan cukup mampu membuat logam lebih keras clantahan korosi Sudjatmoko
-
Perllbahan sifat mekanik bahan yang diimp/antasi bl/kan karena ion-ion nitrogen mengganti atom-atom bahan yang diimplantasi,
23-25 Ap,,11996
Pramudita Anggraita
-
Berapakah
tebal
permukaan
yang
telah
mengalami peningkatan kckerasan ? Apakah sudah/mungkin untuk diukur/diperkirakan berdasardosisdantenagaion yangditanamkan akan tetapi karena terbentuknya cacat-cacat kekosongan don intersistisi yang diakibatkan o/eh proses kerusakan radiasi. Tingkat kekerasan bahan tertentu sebagai fungsi daTi jenis ion, energi don dosis ion dopan yang diimplantasikan
Sudjatmoko - SecQI'a eksperimen belum diukur, sedangkan :,'ecara /eori/is dapat dilentukan berdasarkan jangkozwn /erproyeksi (Rp). Nilai daTi Rp ini de/entukan oleh jenis bahan yang diimplantasi, jenis ion dopan don energi ion dopan. paling dapat logam dapat
don Presentosl /lmlah
Yogyakarla.
TANYAJAWAB
Metals by Ion Implantation, Pergamon Press, Oxford, (1982) 117-125.
Djoko Sf. - Mohon dijelaskan proses apa yang dominan pada implantasi ion yang mcningkatkan kekerasan suatu permukaan bahanlbahan. Apakah hal serupa juga dilakukan dengan berkas elektron ?
Pertemuan
PPNr-BATAN.
Pudji Untoro Bagaimana hubungan distribusi ion nitrogen di permukaan terhadap kekerasan ? - Bagaimana metoda pengukuran kekerasan-nya
-
(rata-rata pacta seluruh permukaan sampel atau titik uj i tertentu). Sudjatmoko
- Menurut
teori LSS, ion-ion nitrogen yang terimplantasi pada perml/kaan bahan terdistribusi secara Gaussian. don tenlllnya kekerasan yang terbentukjuga mempztn)'aiprofit Gaussian. - 2. Kekerasan diukur dengan menggztnakan mikrohardness-tester, diukur pada beberapa titik pada perml/kaan baha/J kemudia/J lIilainya dirata-rata. Tri Mardji Atmono
- Uji
kekerasan
beserta
hasil
kuantitatif
telah
dituliskan dan dijelaskan' tetapi uji keausan bahan tidak disebutkan secara kuantitatif. Mohon dijelaskanmetodeuji keausandan hasilhasilnyasecarakuantitatif. - Aplikasi dibidang manakahdari besi, baja clan aluminium yang telah diubah sifat-sifat mekaniknya, Apakah pada aplikasi tersebut tidak bisa digunakanbesi, baja clan aluminiumyang tidaklbelum diubah sifat-sifat mekaniknya. Sudjatmoko - Dalam penelitian ini komi belzoll mengukur ketahanan ausnya
-
Ap/ikasinya antara lain adalah pengerasan
daTi
alai cetakan (mould), sekrup. mesin untllk membuat lobang, mesin pemotong, pisall dll.
Ke Daftar Isi Sudjalmoko. dkk.
ISSN 0216.3128
