PENENTUAN VEKTOR BURGER DISLOKASI TEPI PADA ALUMUNIUM DENGAN METODE KONTRAS BAY ANGANI Elman Panjaitan2, Marsongkohadi3, SuburZanuar
ABSTRAK PENENTUAN VEKTOR BURGER DISLOKASI TEPI PADA ALUMUNIUM DENGAN METODE KONTRAS BAYANGAN. Telah dilakukan penentuanvektor Burger dislokasi Alumuniutn, sehinggadapatdiketahui kecenderunganarab daD tipe dislokasi pada daerahyang dipilih menggunakanmetodekontrasbayangan.Analisa data dilakukan denganmenggunakan kriteria invisibilitas, g.b = 0 dan menunjukkan bahwapadadaerahluasantertentupadaAlumunium terdapatdislokasitepi dengan vektor Burger :t:[0 I ij:t:~ I II
ABSTRACf THE FIXATION OF BURGER VECTOR DISLOCATION ON ALUMINUM BY IMAGE CONTRAST METHOD. The fixation of Burger vector dislocationwas carriedout on Aluminum, so that orientationand type of dislocationon selectedareato be ableby imagecontra-"tmethod.Dataanalysiscarriedout by invisible criterion, g.b =0 observedresult showthat on specificzoneareaof Aluminum finded edgedislocationwith Burgervectoris :!:[Oll!:!:~l r] KEYWORD
Berger vector,Dislocation,Imagecontrastmethod
PENDABULUAN
TEORI
Teknik yang biasa digunakan dalam mengidentifikasicacatstruktur rnikro pada logam, keramik dan bahan-bahankristalin lainnya adalah denganteknik hamburansinar-xdaDteknik difraksi elektron(l). Dalam penelitian ini dipilih teknik difraksi elektron, karenadiameterberkas elektron dapat diatur hingga orde lOA, sehingga dapat diarahkanpada daerahterisolir yang dikehendaki. Disamping itu berkas elektron berinteraksi lebih kuat dibandingkan berkas sinar-x, sehinggapola difraksi elektron dapat mengidentifikasi matriks yangadapadacuplikanyang dipelajari. Diameter berkas elektron yang kecil tersebutdiperolehdenganmemilih mode Selected Area diffraction (S4D). Jadi mode SAD dalam penelitian ini dimanfaatkan untuk mempelajari dislokasi yang terjadi pada Alumunium. Karakteristik dislokasi dapat mencirikan sifat mekanik bahan (misalnya kekuatanbahan)sebab, jika suatubahan dapat dibuat tanpa ada dislokasi rnaka kekuatanmulurnya bisa mencapai 1000 10.000 kali kekuatan mulur bahan yang sesunggulmya(2\ Dalam penelitian ini, dilakukan penentuan vektor Burger dislokasi daD tipe dislokasi pada bahan Alumunium, dengan pendekatanbahwa Alumunium mempunyai sistem kristal isotropik elastik.
Dipresentasikan padaPertemuanllmiah gains Materi 1997 PusatPenelitiangains Materi, BA TAN DepartemenFisika n'B
152
Cacat kristal berupa garis, dislokasi, dapat diungkapkan dalam bentuk vektor translasi, dimana vektor tersebut menyatakan pergeseran atom dari keteraturan kedudukannya dalam kisi kristal, secara matematika dinyatakan dalam persamaan amplitudo gelombang berikui3);
"" f e27ti(g+s}e.(r+R)m kristal
(1)
dimanag vektor difraksi, s vektor deviasi,r vektor posisi atom dan R menyatakanvektor pergeseran atom. Faktorrasepergeseran,2xg.R, dapatbernilai bulat,pecahanataunoloKasuskhususuntuk faktor rase pergeseranbernilai Dol mempakanlandasan dalamanalisakontrasbayangan. Dalam kriteria kontras bayangan, bilamana R berbaring pada kisi refleksi dengan jarak antar kisi sernasarna,maka bedarase antar gelombangdifraksi dan transmisi ditentukanoleh vektor R tersebutyaitu, bilarnanavektor difraksi, g, tegaklurns terhadapbidang-bidangdifraksi, hkI, maka g.R = 0 yang menyatakan kekontrasan bayangan hilang (bayangan tidak tampak) dan lazim dikenalsebagaikriteria kontrasbayangan. Pergeseran atom-atom yang mempresentasikan dislokasi, rnaka R dalam suatu clemendz bergantungterhadapinti dari dislokasi
/SSN/4/0-2897
ProsidingPertemuanllmiah SainsMateri 1997
+ Garnbar
Aproksimasikolom IUltuk suatufoil tipis.Yang mengandlUlgdislokasi
yaitu, bergantung kcpada koordinat r dan ~ seperti ditunjukan pada ilustrasi Gambar 1, (4) Dimana untuk suatu bahan elastik yang tak terbatas berlaku ;
BASIL DAN PEMBAHASAN
-2;
(2)
dengan b menyatakan vektor Burger dislokasi, sehingga kriteria kontras bayangan dislokasi(4-8), dinyatakan g.b = 0 (3) persamaan (3) ini secaraluas dikenal sebagai kriteria invisibilitas (invisible criterion), bentuk lengkap dari kriteria ini umumnya ditulis; v...
"""
(fransmission Electron
isotropik
R -b./3
oh"u=() ~.-
Elektron Transmisi Microscope -TEM).
(4)
dimana u menyatakan vektor satuan dislokasi. Persamaan (4) ini digunakan daJarn analisa kontras bayangan dislokasi tepi daTi cuplikan AIumunium.
BAHAN DAN TATA KERJA Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah pelat Alumunium (kemumian 99,9 %) dipotong-potong dengan ukuran (p x I x t) = (2 x 1 x 0,2) cm3, selanjutnya dilakukan penipisan menggunakan kertas ampelas secara bertahap (dari tingkat kekasaran 200, 400, 600, 800, 1000, 1200 daD 1500 mesh) hingga tebal cuplikan mencapai 100 J.lIn. Cuplikan tipis ini di-punch, diameter. = 3mm, dan selanjutnya ditransparansi menggunakan jet electro polishing dalam larutao 20 %Volume perchloric acid dalam metanol pada temperatur minus 10°C. Transparansi cuplikan akan menghasilkan daerah transparan disekitar lubang kecil pada daerah tengah dari cuplikan dan siap dikarakterisasi menggunakan instrumen Mikroskop 153
Dua metode yang digunakan dalam menganalisa vektor Burger dislokasi bahan Alumunium adalah, metode "Selected Area Difraction -SAD" dan metode"Bright Field -BF' yang masing-masing dimaksudkan untuk menentukanpola difraksi elektron dan struktur mikro dislokasi. Hasil pengamatan, Gambar 2A dan Gambar2B, masing-masingmenunjukkanstruktur mikro Alumunium dan pola difraksi spot pada zone-axis(001), Penciriana, b, c, d, e daDf pada Gambar2A menunjukkandislokasi-dislokasiyang teramatipada daerahyang dipilih. Gambar3, 4, 5 dan 6 menunjukkan struktur mikro dislokasi setelahdilakukan pemiringan (tilting) padaarab g tertentu yaitu berturut-turut; [200], [200], [020] dan [020]. Terlihat pada Gambar 3, dislokasi b dan c tidak tampak (invisible). Pada Gambar 4, dislokasib dane tidak tampak,Gambar5, dislokasi a dan e tidak tampak, sedangkanGambar 6, keseluruhandislokasiteramati. MengacupadaPersamaan3 (g.b = 0), makanilainilai b yang memenuhi persamaan kriteria invisibilitas tersebul,unluk tiap-tiapg yang dipilih, dapatdisusunsepertiditunjukanpadaTabel 1. Dan bersesuaian dengangambarstrukturmikro Gambar 3-6,makadiperolehdatasepertiditunjukkandalam Tabel2. Terlihat bahwa,untuk tiap dislokasia -e yang memenuhi kriteria kontras bayangan (Persamaan3) dengan kontras dislokasi invisible adalah sepertj yang ditunjukan pada Tabel 3:
Untuk dislokasi tepi (edge dislocation), selain kriteria g.b = 0 hams dipenuhi pula
ISSN1410-2897
ProsidingPertemuanIlmiah SainsMateri 1997
Gambar2
(A) Strukturmikro ballan Alwniniwn (perbesaran60.000kali) (B) Poladifraksi spotdari (A) denganzone-axis[001]
Gambar 3. Strukturmikro dislokasidengang =
Gambar4. Strukturmikro dislokasidengan
[200]
g = [ 2 OOJ
hubungan g.b x u = 0 yang menyatakan bahwa g tegak lurns terhadap b x u, KESIMPULAN dengan kata lain kontras dilokasi tetap Kriteria invisibilitas dari metode kontrns invisible pada arah tilting g yang bayangancukup baik dalam menganalisadislokasi berlawanan, +g.b = 0 dan -g.b = 0, kriteria suatu bahan secarn kuantitatif, yaitu dengan ini hanya dipenuhi untuk dislokasi b saja yaitu, pada g = [200] maupun g = [200] kontras dislokasi b tetap invisible, dengan vektor Burger dislokasi tepi dari b tersebut adalah :t[011] dan atau :t[01\].
154
diperolehnya dislokasi yang terdapat pada Alumunium, denganarab vektor kisi g = :i:[200) adalah cenderung bertipe dislokasi tepi dengan vektor Burger,b = :i:[O11)dan atau:i:[O11).
~
Tabel2. --
ISSN1410-2897
ProsidingPertemuanIlmiah SainsMateri 1997
Gambar5. Strukturrnikro dislokasidengan g = [020]
Tabel
Gambar 6. Struktur mikro dislokasi dengan
g = [020]
Nilai-nilai b yang mungkin,sehinggag.b = 0
Peluang nilai b untuk tiap dislokasi dari Gambar 3-6
~b-;;O
Dislokasi
g :trOll]
a
:1:[200]
b
:1:[200]
~
:1:[101]
0 0
a
[200]
(J
[200]
0 1
[200]
0
~
[200] [020] fO.2 01
Kontras ~ :f:rlOl_t
0
[020]
[020]
B
(}
u
0 0
1
1
(I
a
mvisible Visible
0
Invisible Visible Visible
0 0 ()
0 0
1
u
1
()
155
Visible Visible Invisible
0
u
Visible Invisible Invisible Visible
ISSN1410-2897
Pro.~idingPertemuanIlmiah SainsMateri 1997
Tabel3
Konb"as dislokasi versus g clanb
b
Dislokasi
:t:[101].:t:[101 fO20~ b
:t:(OII],:I:[OI :i:r200]
:l:{Olll,:I:[O!
~ 1200] [020]
:f:[Oll),:I:[Oll :f:[lOl),:I: [101
UCAPAN TERIMA KASm Pada kesempatan ini penulis ingin menghaturkanterima kasih yang sebesar-besarnya kepada Ka. PPSM-BATAN, Dr. Wuryanto, dan Ka. BTK PPSM-BATAN,Drn. Rukihati, SU., serta rekan-rekanstaf BTK PPSM BAT AN yang telah banyak membantupenulis dalampenyelesaiandan penyusunanmakaiahini.
DAFI'AR PUSTAKA EDINGTON, J.W., Interpretation Of Transmission Electron Micrographs, N.V. Philips, Eindhoven,(1974). 2 TAT A SURDIA, dkk., PengetahuanBahan Teknik,PmdnyaParamitha,Jakarta,(1986). 3 illRSCH, P.B, et.aI., Electron Microscopy Of Thin Crystal,Butherworths,London,(1971). 4 CARPERTER,G.J.C,The CharacterizationOf Dislocation And Large Dislocation Loops Using Electron Microscope, AECL-5023, (1974). 5 CUFF, F.B., Dislocation In Metals, American Sci., V. 193,No.1, (1955)80. 6. EISSA, H.M., Burgers Vector Determination In Anisotropie HexagonalSyngleCrystal (Zn), Prakt Met, 24, (1987)280, 7 RICE, L.A., DE ANGELIs, Method To Identify Burgers Vector Of DislocationIn HTitanium,Metallography8, (1975). 8 ELMAN PANJAITAN, Menentukan Vektor Burger Dislokasi Alumunium DenganMetode Mikroskop Elektron Transmisi, Skripsi S-I, FisikaFMIP A ITB, Bandung,(1990).
156
Kontras
invisible invisible invisible invisible
