Bandung,
Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dolam Pe/1,€litian Sains dan Tekrwlogi Menuju Era Tinggal Landas
8 - 10 Oktober
1991 PPTN - BATAN
PENENTUAN LAJU KOROSI PADUAN AIMgSi HASIL REKOVERI ELEMEN BAHAN NUKLIR DENGAN METODE POTENSIO DINAMIK ..)
....)
.•.•..)
Wuryanto , S.A. Sarto no 'Na Peng Bo .•) Pusat PeneUtian Sains Materi - Badan Tenaga Atom Nasional .•.• ) Mahasiswa Fisika Terapan FMIPA-Universitas Indonesia .•.•.• ) Dosen Fisika FMIPA Universitas Indonesia
ABSTRAK PENENTUAN LAJU KOROSI PADUANAlMgSiHASIL REKOVERI ELEMEN BAHAN NUKLIR DENGAN METODE POTENSIODINAMIK. Kelakuan AlMgSi hasil rekoveri elemen bahan nuklir di dalam air dipelajaridengan teknik potensiodinamik dan dibandingkan dengan AlMgSi asli. Kurva potensiodinamik AlMgSi hasil rekoveri dan AlMgSi pada pH = 5,38 menunjukkan gejala yang berbeda. Teramati gejala pasivasi pada potensial - 100 mV sampai + 500 mV dan daerah transpasivasi di atas potensial + 500 mV untuk AlMgSi asli. Gejala terse but tidak teramati pada AlMgSi hasil rekoveri. Pada pH = 7,00 kurva potensiodinamik keduanya menunjukkan gejala sarna. Di atas potensial korosi - 438 mV perubahan potensial diikuti perubahan arus yang cenderung naik terus. Laju korosi dari AlMgSi hasil rekoveri lebih besar dibandingkan dengan AlMgSi asli yaitu (0,11 - 2,85) mpt (mill per tahun) terhadap (0,06 - 0,55) mpt.
ABSTRACT DETERMINATION OF CORROSION RATE OF AlMgSi ALLOYS RESULTED FROM RECOVERY OF NUCLEAR FUEL ELEMENTS BY POTENTIODYNAMIC. The corrosion behavior of AlMgSi Alloys resulted from recovery of nuclear fuel elements compared with the original AlMgSi was investigated in water by potentiodynamic. In the pH = 5.38 the potentiodynamic curves are different. The original AlMgSi showed the region passivation between potential - 100 mV until + 500 mV and above the potential + 500 mV showed the transpassivation region. This was not observed for the AlMgSi from recovery. For the pH = 7.00 the potentiodynamic curves are similar. Above the E corr'= - 438 mV, the potential more positive gave the increasing current. The corrosion rate of AlMgSi from recovery more higher than the original AlMgSi which is (0.11 - 2.85) mpy compared with (0.06 - 0.55) mpy.(mill per year)
PENDAHULUAN Kelakuan korosi paduan aluminium telah diteliti oleh beberapa peneliti, antara lain W.H. AILOR dkk[l] melakukan studinya pada kondisi atmosfer di daerah urban dan marin. Kelakuan korosi aluminium dan baja yang dilapisi aluminium silikon pada berbagai kondisi atmosfer dan di dalam air dipelajari oleh R.I. SCHMITT dkk [2]. Tentu saja penelitian tersebut berkaitan dengan penggunaan paduan aluminium yang luas di sektor industri, misal: industri kapal, industri mobil dan lain-lain. Di industri nuklir salah satu pemakaiannya adalah sebagai bahan struktur elemen bahan nuklir [3]. Pada proses pembuatannya, terdapat sisa AlMgSi. Telah dilakukan rekoveri sisaAIMgSi dengan peleburan kembali dan mikrostrukturnya dianalisis dengan transmisi mikroskop elektron oleh SYAHBUDIN [4]. Mengingat AIMgSi hasil rekoveri ini kalau dipakai sebagai bahan struktur elemen bahan nuklir
akan bersinggungan dengan air, maka timbul suatu gagasan bagaimana kelakuan korosinya di dalam air dan dibandingkan dengan AlMgSi asU. Wuryanto [5], telah melakukan studi kelakuan korosi AI, AIMg2 dan AlMgSi pada berbagai pH dengan teknik potensiodinamik. Berdasarkan informasi di atas, maka diharapkan teknik potensiodinamik dapat memberi gambaran kelakuan korosi AlMgSi hasil rekoveri dan kemungkinan sifatnya sarna dengan yang asU.Dipelajari pengaruh perlakuan penyediaan cuplikan dan kondisi pH yang berbeda.
TATAKERJADANPERCOBAAN Alat
Peralatan yang dipakai dijelaskan secara rinci sesuai dengan acuan pustaka [5,6].
476
Banlumg, 8 - 10 Oktober 199} PPTN - BATAN
Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalam Penelitian Sains dnn Teknologi Menuju Era Tinggal Landas
Bahan
b. Pengukuran potensiodinamik
a. Pelat AIMgSi asli diperoleh dari Pusat Elemen Bakar Nuklir- BATAN. Komposisi kimianya acuan [5]. b. Pelat AIMgSi hasil rekoveri dari Syahbudin
Cuplikan dipasang pada sel korosi K04'l (Gambar 2).
[4].
c. H20 bebas mineral dari RSG GASiwabessy. d. Asam klorida dan natrium hidroksida buatan Merck e. Kertas ampelas dan pemoles alumina. f. Etanol. Prosedur kerja
a. Penyediaan cuplikan Cuplikan terdiri dari dua jenis yaitu : AIMgSiasli dan AlMgSihasH rekoveri, cuplikan dibuat lingkaran dengan diameter 1,2 cm < d < 1,5 cm disesuaikan dengan pemegang cuplikan pelat K0105 (Gambar 1).
Gambar 2. Sel korosi K 047 Pengukuran potensiodinamik memakai perangkat lunak Sofcorr 342 DC Corrosion Measurement setiap pengukuran dimulai dari Eawal = - 250 mV lawan Ekor dan berakhir di Eakhir = + 1600 mV lawan Ere!' Kecepatan pelarikan (scanning rate) potensial = 0,5 mV/det. Media H20 diaduk dengan pengaduk magnetik pada posisi 4. Pengaturan pH dengan asam klorida 5M atau dengan natrium hidroksida 5M, pH-nya dipantau dengan pH meter. c. Pengolahan data
Kurva potensiodinamik yang diperoleh merupakan kurva E = potensial lawan I = arus, (Gambar 3-5).
Gambar 1. Pemegang cuplikan pelat (~0105) Kedua cuplikan diperlakukan sarna yaitu permukaannya dihaluskan dengan ampelas basah sampai kehalusan 1200 mesh. Selanjutnya dipoles dengan alumina sampai rata, mengkilap lalu dipanaskan dengan alkohol untuk menghilangkan lemak-Iemak, setelah kering disimpan di dalam desikator sebagian cuplikan tidak dilakukan pemolesan dengan alumina.
477
Gambar 3. Kurva Potensiodinamik Pot 1a dan Pot 1b
Bandung,
Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalam Penelitian Sains dan Tekrwlogi MenuJu Era TinggaJ Landas
8 -10
Oktober 1991 PPTN - BATAN
Dengan menggunakan perangkat lunak yang sama diperoleh data tertera pada Tabell. Tabell. Hasil percobaan Pot 1a 1b Pot 2a 2b 3a 3b
Nama
mV
--356 --315 --382 °Ikor 2850 25 -401 - 7,00 553 538 L.K. H.P. -438 14092 5539 1728 0,110 142,24 0,15 701,83 0,20 0,089 amD/cm2 5,38 171,42 0,49 1,35 6,75 0,550 0,210 0,066 pH E1tor kohm/cm2 mpt
;}
. / /,
/-1/
/';/ 60;J
./;// //,//
)
;:
.~.J ~t; I. ,.) •
-
"..--.<~c:~:~~)
\
- \2: J ~:;"~~i;-"'~2 i0 ':.~ ~o
~--~4JJ:.-.J--"~2~-·-'-· ~ ~ :~ ~J 10 .~i; :;::./[~ .••. 2'
KETERANGAN: H. P Hambatan Polarisasi L. K. Laju Korosi Pot 1a AlMgSi asli Pot 1b AlMgSi hasil rekoveri Pot 2a AlMgSi asli Pot 2b : AlMgSi hasil rekoveri Pot 3a : AlMgSi asli Pot 3b : AlMgSi hasil rekoveri Pot 1a; Pot 1b; Pot 2a; Pot 2b: dipoles alumina Pot 3a; Pot 3b : tanpa dipoles alumina
HASILDAN PEMBAHASAN
Gambar 4. Kurva Potensiodinamik Pot 2a dan Pot 2b
)
r
.~
J....Ll~
2 10
,~
3
1:)
I ( C~/CM ..••. 2)
Gambar 5. Kurva Potensiodinamik Pot 3a dan Pot 3b
Dari Tabel 1, menunjukkan potensial korosi antara - 315 mV sampai - 553 mY. Pada setiap percobaan teIjadi penurunan pH yaitu Fat 1a : 5,06 ; pot 2a : 6,57 ; pot 3a : 4,04 Pot 1b : 4,87 ; pot 2b : 6,04 ; pot 3b : 3,64 dan terjadi gelembung gas pada permukaan cuplikan, disamping itu teramati 2 lapisan yang berwarna putih dan berwarna hit am pada akhir percobaan. Kurva potensiodinamik pada pH = 5,38 (Gambar 3) pot 1a (AlMgSi asli) dan pot 1b (AIMgSi hasil rekoveri) menunjukkan gejala berbeda. Pada AIMgSi asli teramati gejala pasivasi dari E = - 100mV sampai E = + 500 mV. Di atas E = + 500mV menunjukkan gejala transpasivasi sedang pada AlMgSi hasil rekoveri menunjukkan perubahan potensial dari E = -100 mV lepositip diikuti perubahan arus. Dari Tabel 1 ditunjukkan rapat arus korosi = 0,15 amp/cm2 dan hambatan polarisasi 142,24 kohm/cm2 untuk AlMgSi asli. Sedang AIMgSi hasil rekoveri rapat arus korosinya = 0,25 amp/cm2. Tentu saja AIMgSihasil rekoveri laju korosinya lebih besar 0,11 mpt dibandingkan 0,06 mpt dari AlMgSi asli. Dari Gambar 4,pada pH = 7,00 pot 2a dan pot 2b menunjukkan gejala yang sama yaitu perubahan potensial di atas potensial korosinya E = - 382 mV dan E = - 438 mV diikuti perubahan arus yang naik. Pada AIMgSi asH, rapat arus korosinya 0,2Amp/cm2 dan hambatan polarisasi 701,8 kohm/cm2, sedang AlMgSi hasil rekoveri
478
Proceedings Seminar Reakror Nuklir dalam Penelitian Sains don, Tekrwlogi MenuJu Era Tinggal Landas
rapat arus korosinya 0,49Amp/cm2 dan hambatan polarisasi 171,4 kohm/cm2.Dari hambatan polarisasi AIMgSi hasil rekoveri lebih kecil dibandingkan dengan AlMgSi asli, maka laju korosinya akan lebih besar dan ditunjukkan 0,21 mpt dibandingkan 0,089 mpt untukAlMgSi asli. Pada Gambar 5, kurva potensiodinamik pada pH = 5,38 untuk cuplikan yang tidak dipoles dengan alumina yaitu Pot 3a dan Pot 3b, memberi informasi bahwa kelakuan korosinya tidak terlalu berbeda. Diperoleh rapat arus korosi = 1,35 Amp/cm2 dan hambatan polarisasi 59,39 kohm/cm2untukAIMgSi asli dan untukAlMgSi hasil rekoveri rapat arus korosinya 6,75 Amp/cm2 dam hambatan polarisasi 17,28 kohm/cm2.Dan laju korosinya pada AIMgSihasil rekoveri lebih besar dibandingkan laju korosi AIMgSi asli yaitu 2,85 mpt dan 0,55 mpt. Gejala pasivasi dan transpasivasi di atas dapat dijelaskan melalui program POURBAIX [7], dan hasil penelitian WURYANTO [5] dan didukung oleh penelitian Y. PAK LEE dkk [8]. Magnesium akan teroksidasi terlebih dahulu, karena potensialnya lebih negatif (- 2,36 V) dibandingkan dengan aluminium (-1,66 V). Keduanya merupakan reduktor yang kuat terhadap H20 '..Hasil oksidasinya, Mg2+ dan Al3+ dapat bereaksi dengan H20 membentuk oksidanya dan atau hidratnya MgO, Mg(OH)2' AI(OH)3'AI203). Lapisan hitam diduga oksida Mg dan lapisan putih adalah oksida aluminium, kemungkinan reaksi oksidasi yang teIjadi adalah:
, 2 MgO + 2 H2 2 Mg + 2 H20 2 Al + 6 H20 , 2 AI(OH)3+ 3H2 Pada akhir percobaan teramati lapisan hitam yang ditutupi lapisan putih, lapisan tersebut
Bandung,
8 -10
Okrober 1£'91 PPTN - BATAN
yang menjadikan hambatan terhadap laju korosl. Laju korosi AlMgSi hasil rekoveri lebih besar dibandingkan dengan AlMgSi asli menunjukkan strukturnya berbeda. Hal ini telah dibuktikan oleh SYAHBUDIN[4]. KESIMPULAN Kelakuan korosi AlMgSi hasil rekoveri pada pH = 5,38 berbeda dengan AIMgSiasli. Gejala pasivasi teramati pada AIMgSi pada daerah potensial E = - 100 mV sampai E = + 500 mV di atas potensial + 500 mV teramati gejala transpasivasi. Sedang pada pH = 7,00 menunjukk;:ln kelakuan korosi yang sarna. Perlakuan cuplik"ln mempengaruhi kelakuan dan laju korosinya, tanpa pemolesan dengan alumina menunjukkan laju korosi lebih besar dibandingkan yang dipoles dengan alumina. Secara garis besar laju korosi AIMgSi hasil rekoveri labih besar dibandingkan dengan AIMgSi asli yaitu antara (0,11 - 2,85) mpt terhadap (0,06 - 0,55) mpt. Teknik poten- siodinamik dapat digunak"ln untuk menentu- kan laju korosi AIMgSi hasil rekoveri. UCAPAN TERIMAKASIH Kami mengucapkan terimakasih atas pengetikan naskah ini oleh Sdri. Tumiati dan Sdr. Sumaryo Staf MBI-PPSM. Kepada Sdr. Syahbudin atas pemberian cuplikanAIMgSi hasil rekoveri dan Sdr. Ir. Hadi Suwarno atas pemberian cuplikan AlMgSi asli. Kepada Sdr. Ir. Heru Suprapto beserta staf bengkel PPNR, at as pembuatan cuplikan sesuai yang kami inginkan. Kepada Bapak Prof. DR. Marsongkoha.di selaku kepala PPSM atas pemberian dukungan dan ijin dalam kami membimbing tugas akhir S-l dari Sdr. S.A. Sartono FMIPA-UI.
DAFfAR PUSTAKA 1. W.H.AILOR ET.AL., Aluminium, Corrosion source book, ed. Seymour K. Coburn, P. 187, ASM,NACE (1984). 2. R.J. SCHMITT and J.H. RIGO, Corrosion and heat resitance of Aluminum-Coated Steel, Corrosion Source book, ed. Seymour K. Coburn, ASM., NACE (1984) 145. 3. Komunikasi pribadi dengan Ir. Hadi Suwarno, Pusat Elemen Bakar Nuklir, PPTA-BATAN. 4. Komunikasi pribadi dengan Drs. Syahbudin BTK-PPSM, BATAN. 5. WURYANTO, Kelakuan korosi aluminium (AI)dan paduannya AIMg-2 ,AIMgSi di dalam air, Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir, Yogyakarta, 1416 Mei 1991.
479
Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalam Penelitiun 8ains dun Tekrwlogi Menuju Era Tinggal Lundas
Bundung,
8 - 10 Oktober
1991 PPTN - BATAN
Wuryanto, Uji coba dan unjuk kerja "Software 342 C-DC Corrosion Measurment" dalam rangka penerimaan akhir proyek fasa III, BATAN-Sumitomo Agustus 1990. 7. M. POURBAIX, Atlas of Electrochemical equilibric in aquaeous solution, P. 97-105, P. 168176, NACE (1740) 97-105,139-145,168-176. 8. Y. PAK LEE et.al., Surface analysis of an AI-Mg-Si vacuum chamber for spring.8, Scientific paper of the institute of physical and chemical research, Vol. 84, P. 3-8 (1990).
Ei.
480
