80
Prosiding Pertemuandan PresenlasiI/lniah PPNY-BATAN,Yogyakarla23-25 April 1996
Bukul/
KOROSI
ZIRKALOY
-4 SESUDAH PERLAKUAN
PANAS
P .Punvanto, Wuryanto, PPSJIt!. BATAN. Kawasan PUSPITEK. Serpong Tangerang 15310
Bambang S. StajPengajar FMIPA-UninersitasIndonesia,Jakarta
ABSTRAK KOROSIZlRKALOY-4SFSUDAHPERLAKUANP"INAS. Telah dilakukanpengujian sifat korosi zirkaloy4 denganmempergunakanme/odepo/ensiodinamik.Se/elahperlakuanpanas ( T = 600. 700 don 900 "C) don lamanya pemanasanberbeda. laju korosi zirkaloy-4 dengan /eknik potensiodinamik menunjuk.kan kecenderungannaik. Hasil laju karosi adalah0.297 ,Willi Per Tahun(MPT) ( T = 600 °C. t = I jam ); 0.383MPT (T = 600 °C. t = 5jam); 0.378MPT( T= 600 °C, / = 7jam); 0,400J,,/PT(T = 700 °C. 1= I jam); 0.667MPT (T= 700 °C. t = 5jam); 0.560.\1PT(T= 700 °C. t = 7jam); 0,520MPT(T = 900 °C. / =' I jam); 0,493 ..\1PT(T = 900 °C. / = 5 jam) dan 0.492MPT (T = 900 °C. t = 7jam). Korosinya merala don adayang berlubangpada permukaan.
ABSTRACT THE CORROSIONOF ZIRCALLOY-4AFTERHEAT TREATMENT.Thecorrosionproperties ofzirca//oy4 by usingpotensiodynamictechniquehavebeenstudied.After heat treatment( T = 600. 700 and 900 °C ). at differenceperiod of time, the corosion rate of the samples increased with the increase of the temperatureand time. The result was asfollows.. 0.29i ,\-JPY(T = 600 °C, t -I hour); 0.383 MPY (T = 600 °C. t = 5 hours): 0.383 .IvJPY( T = 600 °C.t = i hours); 0.400 lvJPY( T = 700 °C. t = I hour): 0.667 ,\-fPY(T: 700 °C. t = 5 hours); 0.560 .\.fPY(T = iOO °C. t = 7 hours): 0.520 ,\-fPY(T = 900 °C. t = I hour): 0.493 MPY (t = 900 °C. t = 5 hours) and 0.492 MPY (T = 900 °C. t = 7 hours). The corrosion washomogenousand there wereholeson thesurface.
PENDAHULUAN Z
irkalOY-4 adalah suatu logam paduan yang dipakai sebagai bahan pembungkus bahan 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 700 800 ° C denfan 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
lapisan oksida pada permukaan zirkaloy-4. Selanjutnya lapisan oksida yang terbentuk pada pern1ukaan zirkaloy-4 di foto dengan mikroskop e!ektron sapuan(SEM).
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) 0,131 corr(E.W) LajuKorosi(MPT)=
d
Prosiding Pertemuandan PresentasiIlmiah PPNY.8ATAN. Yogyakarla23-25 April /996
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
BATAN. Alat SetaramTAG24-S DTA-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 pactazirkaloy-4 sesudahperlakuan 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
ISSN 0216-3128
BuJ..-u 1/
8
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 mV. 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 mV. 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.,
P.Purwanto.dkk
-'I'. 2.
82
Prosiding Pertenluan don Presentasi JI'lIiah PPNY-BATAN. log}'akarta 23-2.5 April /996
Bliku II
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 600 -700 °c dan pada 700 -900 °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 unsur Zr, Sn, Nn, Fe clan Cr pada permukaan paduan tersebut. 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 1.1a-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 pactatemperarur 600 °C, permukaan zirkaloy-4 terserang korosi merata membentuk lapisan oksida. Dari gambar korosi terlihat, bahwa pada temperatur perlakuan panas 900 °C terserang korosi lebih parah dibandingkan pactatemperatur 600 0C.
.1~~.1-".""1"""'. .~a
.'.'.'.
~
Gamhar2 : Korosizirkoloy-4sesudahperlakuan panas t = 700DCselama1,5 dan 7jam
;
t
..
Gambar3 : Korosizirkoloy-4 sl!sudahpl!rlakuan panas t = 900 °c sl!/anw ],j dan 7jam
"'J"'.'
S~~UDAHPtRI.~KUAH PANAS
;3
Of"
Gambar 4 :Hubullgan antara laju korosi terhadap temperaturperlakuall pallas
~
£ y w '
'-'.~_M".'-:
KESIMPULAN
...~
-""'~~~~"'.":~I
""'~~~I."""",'
I(UA/=MA~I
Gambar 1 : Koro.\'i~irk%y-4 sesudull per/(lkuan panas
t = 600 Uc se/ama1,5 dall 7jam
1
Laju korosi zirkaloy-4 cenderung naik dengan naiknya temperatur perlakuan panas dan lamanya perlakuan pemanasan. Pacta permukaan zirkaloy-4, terjadi korosi merata (homogen) dan acta yang berlubang-
lubang.
Prosiding Pertemuandan PresentasiIImiah PPNY.BATAN,Yog)'akarta23.25April/996
BuJ.-uIf
83
DAFT AR PUST i-\KA I.
MUCH LIS, "M~kanismc Oksidasi Zirkonium dan oleh Uap f\ir pada temperatur 700-800 °C Pada Tekanal1 6,1 -13,6 Torr", Proceeding Kolokium Tcknologi Elemcn Bahan Nuklir, Bandung, Oktober 1981.
2.
EG & G PRINCETON APPLIED RESEARCH, Application Instument Group,
3. Application Note Carr I, EG & G Princeton Applied Research, USA, 1982. 4. K.R TRETW A Y, "Korosi Untuk Mahasiswa Dan Rekayasawan", Alih bahasa Alex Tri Kantjono Widodo, Gramedia Pustaka Utarna, Jakarta, 1991. 5. SMALLMAN, Alih bahasa Sriati Djaprie, "Metal1urgi Fisik Modern", Penerbit Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1991.
LAMPlRAN
Gambar L1.1 : Foto korosi zirka/oy-4 sesudah per/akuan panas, T = 600 °c a) Per/akuan panas se/ama / Jam, b)Per/akuanpanas se/alna 5 jamdan c) Per/akuanpanasse/ama7 Jam
ISSN 0216-3128
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) perJakuanpanas selama 7Jam
Gambar L1.2 : Folo korosi :irka/oy-4 sesudah per/akuan panas, T = 900, a) perlakuan panas se/alna1 Jain b) per/akuan panas selama 5 Jmn dan C) perlakuan panas se/ama7 Jain
P. Pumanto, dkk
-Korosi unsur
SahatSi",bolon:
kelu3r
d3ri
permukaan
-Bagaimana reaksi kimia korosi Zirkaloy-4 -Apakah relevan pengukuran yang hanya sebentar kemudiandikonversikandalam I ta-hun, padahal reaksi kimia (korosi) tidak selaiu linear.
P. Punvanto: .Rumus Kimia tidak actauntuk Zirkaloy-4. Tetapi unsur utama Zr dipadukan dengan unsur lain Sn, Cr, Fe dan Ni.
-PuJa suhu berapa akan terjadi korosi pitting. facia bagian mana yang akan mudah terserang korosipitting. -Bagaimana untuk mengetahuikeda/amankorosi 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).
Fe terkorosi lebih dulu. pengukuran laju korosi
Air
B. TjiptoSuyitllo:
-Bagaimana r/lm/ls kimia Zirkaloy-.J.
-Dengan kirakan
yang
log3m Zr-4. Medium korosinya yaitu dimineral yang diperoleh dari PRSG.
TANYA-J/lfVAB
.~
berlubang ini disebabkan adanya bagian pcmandu
sebentar dapat memperdan dapat menentukan
daerah pasif dan aktif. Ya, korosi tidak selalu linear.
SUI"ijU"tO: -Setelah sampel dipanaskan,bagaimanapendinginann.va(cepat,iambat) ? -Apa yang dimaksud dengan MPT (Milli Per
RatmiHer/ani: -Pada pengujian sifat korosi Zirka/oy-4 dengan metodapotensiodinamikini: -Digunakan a/at denganspesifikasi/model apa? -E/ektrode yang digunakanapa saja ? -Media (/arutan)apa yang digunakan? P. Punvanto:
Tahun).
-.4pa penyebab terjadm}'a korosi lubang .medium korosinya apa ?
.Model
EG & G Princeton Applied Research:
-Elektroda
yang digunakan yaitu grafit.
P. Purwanto: -Larutan
yang digunakan Air dimineral.
-Sampel dipanaskan dengan kecepatan pemanasan dan pendinginan 15°C/menit di dalam suatu "furnace". ~ Yang
dimaksud
tumbuhan
MPT
yaitu
laju
suatu per-
oksidasi pada pennukaan mili inci per
tahun.
Ke Daftar Isi ISSN 0216-3128
P. Purwanto, dkk
