perilaku oksidasi uap air baja cr-mo-ni melalui pelapisan ...digilib.unila.ac.id/25762/3/skripsi...

53
PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN Al (Skripsi) Oleh ANGGA ROBY VIRTAJAYA JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2017

Upload: haliem

Post on 25-Apr-2019

241 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUIPELAPISAN Al

(Skripsi)

Oleh

ANGGA ROBY VIRTAJAYA

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2017

Page 2: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

ABSTRACT

WATER VAPOUR OXIDATION BEHAVIOR Cr-Mo-Ni STEEL

ALUMINIUM COATING

By

ANGGA ROBY VIRTAJAYA

A Cr-Mo-Ni steel is medium carbon low alloy steel that being used for heat

exchanger and piping components in steam power plants. However, when the steel

was working at high temperatures containing water vapor, thus the high temperature

oxidation resistance of steel decreased. Hot-dip aluminum coating can be applied on

the surface of the steel by dipping the steel into Al-molten bath at 700○C for 2

minutes to increase of the steel’s oxidation resistance. The aluminized steel spcimens

were isothermally oxidized by exposing in the alumina tube containing steam at

750○C for 20 hours periods. Steam came from water boiling at 100

○C, and than was

flowed into the alumina tube at the atmospheric pressure. The weight change of

specimens (mg/mm2) after oxidation test were plotted againts the oxidation time (h)

to construct the kinetics curve. The sample of all specimens after being oxidized at a

certain time was chosen to being observed using SEM (Scanning Electron

Microscope) via surface morphology and cross-sectional specimen examinations. The

chemical compositions (at.%) of aluminide layers were examined using Energy

Disepersive Spectroscopy (EDS).

The weight gain results of aluminized steel oxidized in water vapor and dry air

environment at 750○C are respectively about 0.0290350 mg/mm

2 and 0.0113499

mg/mm2. Comparison of oxidation resistance on aluminized steel in water vapor

environment is as much as three times lower than that of the oxidation of the

aluminized steel in a dry air environment. The parabolic rate constant value (Kp) of

steel in water vapor environment (2.34×10-8

mg2 mm-

4 s

-1) is

that greater than that

the steel oxidized in dry air environment (2.5×10-9

mg2 mm

-4 s

-1). Formation of Fe-Al

intermetallic layer formed during oxidation were dominated by interdiffusion

between Fe atoms in the substrate and Al atoms in coating layer during high

temperature oxidation. Intermetallic phase formed on the aluminum-coated steel after

oxidation is Fe2Al5, FeAl2 and FeAl. Aluminium has two roles during the oxidation

takes place, namely as a supply of protective Al2O3 layer formation and diffusion into

to the formation of intermetallic layer FeAl2 and FeAl.

Keyword : Cr-Mo-Ni Steel, Hot Dipping, coating, high temperatur water vapour

oxidation, parabolic constant (Kp), intermetalic, protective layer Al2O3

Page 3: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

ABSTRAK

PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUIPELAPISAN Al

Oleh

ANGGA ROBY VIRTAJAYA

Baja Cr-Mo-Ni merupakan baja paduan sedang yang digunakan untuk komponensistem penukaran kalor (heat exchanger) dan sistem perpipaan Pembangkit ListrikTenaga Uap (PLTU) yang bekerja pada temperatur relatif tinggi yangmengandung uap air. Adanya uap air, maka ketahanan oksidasi baja Cr-Mo-Nimenurun. Untuk menaggulanginya perlu penerapan lapisan aluminium denganmetode hot dipping (celup panas) melalui proses pencelupan kedalam cairanaluminium pada temperatur 700○C dengan lama pencelupan 2 menit dengantujuan untuk meningkatkan ketahanan oksidasi. Penambahan berat (mg/mm2)setelah pengujian oksidasi diplot dengan perbandingan waktu oksidasinya (jam)dan membentuk kurva kinetik. Spesimen yang telah diuji oksidasi denganperbedaan waktu dipilih untuk observasi menggunakan SEM (Scanning ElectronMicroscope). Komposisi kimia (at.%) pada lapisan alumina dilihat menggunakanEDS (Energy Dipersive Spectroscopy).

Hasil pengujian baja Cr-Mo-Ni dioksidasi pada lingkungan uap air bertemperatur750○C yang dilapisi Al dengan perbandingan perubahan berat dengan baja A238(Cr-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur 750○C yangdilapisi Al yaitu: 0,0290350 mg/mm2 dan pada lingkungan kering 0,0113499mg/mm2. Perbandingan ketahanan oksidasi pada baja Cr-Mo-Ni pada lingkunganuap air sebanyak 3 kali lebih rendah dibandingkan dengan oksidasi baja Cr-Mo-Nipada lingkungan udara kering. Nilai konstanta parabolik (Kp) baja padalingkungan uap air sebesar 2,34 × 10−8 mg2 mm−4 s−1 lebih besar dibandingkandengan baja yang dioksidasi pada lingkungan udara kering yaitu sebesar 2,5×10−9 mg2 mm−4 s−1. Pembentukan lapisan intermetalik Fe-Al selama oksidasiberlangsung didominasi oleh interdifusi antara atom Fe dalam substrat dan jugaatom Al di lapisan coating selama oksidasi suhu tinggi. Fasa intermetalik yangterbentuk pada baja setelah oksidasi yaitu Fe2Al5, FeAl2 dan FeAl. Aluminiummempunyai dua peranan selama oksidasi berlangsung yaitu sebagai suplaipembentukan lapisan protektif Al2O3 dan difusi kedalam untuk pembentukanlapisan intermetalik FeAl2 dan FeAl.

Kata kunci : Baja Cr-Mo-Ni, celup panas, pelapisan, oksidasi uap airbertemperatur tinggi, konstanta parabolik (Kp), intermetalik, lapisanprotektif Al2O3

Page 4: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI

PELAPISAN Al

Oleh

Angga Roby Virtajaya

Skripsi

Sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar

SARJANA TEKNIK

pada

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2017

Page 5: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur
Page 6: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur
Page 7: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur
Page 8: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Karang Endah pada tanggal 22

September 1991, sebagai anak pertama dari dua

bersaudara, dari pasangan Bapak Sarimun dan Ibu

Saptariyah. Penulis menyelesaikan pendidikan di Sekolah

Dasar Gula Putih Mataram pada tahun 2004, Sekolah

Menengah Pertama Gula Putih Mataram pada tahun 2007,

dan Sekolah Menengah Atas Sugar Group School pada

tahun 2010. Setelah itu penulis terdaftar sebagai

Mahasiswa Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung pada tahun 2010

melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN)

Tertulis.

Selama menjadi mahasiswa, penulis menjadi Pengurus Himpunan Mahasiswa

Teknik Mesin (HIMATEM). Pada bidang akademik, penulis melaksanakan Kerja

Praktek (KP) di PT Gula Putih Mataram divisi mill boiler tahun 2014 dengan

mengambil judul ”Analisis Perhitungan Keausan Dan Usia Pakai Sproket DK

60304-9T Pada Intermediate Carrier I Di PT.Gula Putih Mataram”.

Kemudian sejak bulan Januari 2016 penulis mulai melakukan penelitian tugas

akhir yang berjudul “Perilaku Oksidasi Uap Air Baja Cr-Mo-Ni Melalui

Pelapisan Al” di bawah bimbingan Bapak Dr. Mohammad Badaruddin,S.T.,M.T

selaku pembimbing utama dan Bapak Zulhanif, S.T.,M.T selaku pembimbing

pendamping.

Page 9: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

MOTTO

“Jika seseorang bepergian dengan tujuan untuk ilmu, maka Allah

SWT menjadikan perjalanannya bagaikan menuju surga”

(Nabi Muhammad SAW)

“Tiadanya keyakinanlah yang membuat orang takut menghadapitantangan, dan saya percaya pada diri saya sendiri”

(Muhammad Ali)

“Manusia tidak merancang untuk gagal, mereka gagal untukmerancang”

(William J. Siegel)

“Usaha, Sabar, Tawakal”

(Me)

“Kebanggaan kita yang terbesar adalah bukan tidak pernah gagal,tetapi bangkit kembali setiap kali kita jatuh”

(Confusius)

Page 10: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

PERSEMBAHAN

Bismillahirohmanirrohim

Atas ridho Allah SWT dan segala kerendahan hati, Kupersembahkan karyakecilku ini sebagai wujud bhakti untuk orang-orang yang kusayangi

Bapak dan Ibu(Sarimun & Saptariyah)

Untuk semua pengorbanan yang telah dilakukan, doa, kesabaran, serta cinta dankasih sayang. Semoga Allah SWT senantiasa melindungi dan menyayangi kalian

My Lovely(Ayu Nur Fasa)

Untuk doa, kesabaran dan semangat yang telah diberikan

Almamaterku Tercinta

Universitas Lampung

Page 11: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

SANWACANA

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Alhamdulillaahirabbil’aalamiin, puji Syukur penulis panjatkan kepada Allah

SWT. Karena-Nya penulis diberi banyak nikmat dan rahmat sehingga penulis

dapat menyelesaikan skripsi ini sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar

Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung. Shalawat serta

salam juga penulis sampaikan kepada Nabi Muhammad SAW yang dinantikan

syafa’atnya di yaumil akhir nanti.

Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang

selama ini telah membantu, mendukung, dan membimbing hingga selesainya

skripsi ini, Oleh karena itu, sebagai wujud rasa hormat, penulis menyampaikan

terima kasih kepada pihak-pihak sebagai berikut :

1. Kedua orang tuaku tercinta bapak Sarimun dan ibu Sarptariyah, yang

senantiasa memberi semangat, do’a yang tulus serta mencurahkan segenap

tenaga untuk keberhasilanku dalam menyelesaikan studi di Universitas

Lampung.

Page 12: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

2. Bapak Prof. Dr. Suharno, M.Sc., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

Lampung.

3. Bapak Ahmad Su’udi, S.T., M.T., sebagai Kepala Jurusan Teknik Mesin

Unila.

4. Bapak Dr. Mohammad Badaruddin, S.T., M.T selaku Pembimbing I, yang

telah banyak memberikan banyak pelajaran baru dan bimbingan dalam

kelancaran skripsi ini.

5. Bapak Zulhanif, S.T., M.T., selaku Pembimbing II, yang telah banyak

meluangkan waktu berdiskusi untuk kelancaran skripsi ini;

6. Bapak Harnowo Supriadi, S.T., M.T., selaku Penguji, yang telah memberikan

koreksi dan masukan untuk kelayakan skripsi ini.

7. Bapak Dr. Amrul, S.T., M.T selaku Pembimbing Akademik yang telah

banyak memberikan masukan selama menempuh perkuliahan.

8. Bapak/ibu dosen yang telah memberikan ilmunya kepada penulis, sehingga

penulis dapat mengaplikasikan ilmunya di dalam skripsi ini.

9. Mas Marta yang telah membantu baik dalam proses seminar.

10. Untuk motivatorku terkasih Ayu Nur Fasa. terimakasih untuk support,

perhatian, dan kesabarannya yang telah diberikan kepada penulis.

11. Teman Seperjuangan pada saat penelitian, Tomi, Mario dian, atas

kebersamaan, bantuan, serta sumbangan fikiran dan motivasi selama

melakukan penelitian.

Page 13: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

12. Orang-orang terdekatku, Faldi Ikhsan (Mangoh), M. Fathliansyah (Begek),

Muchlis Mutaqqin, Liwanson Jaya, Hendy Riyanto, Robertus dian, Riski,

Lilik, Hanif yang selalu memberikan dukungan dan masukan.

13. Teman-teman Teknik Mesin Unila yang menjadi teman penulis dari awal

mengenyam pendidikan di Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung

selama ini.

14. Mas Ruwanto asisten Laboratorium Material Teknik Mesin Universitas

Lampung yang telah banyak membantu selama penelitian.

15. Pihak-pihak lain yang telah banyak membantu penulis dalam penyelesaian

skripsi yang tidak bisa disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa banyak kekurangan yang terdapat pada skripsi ini.

Karenanya, penulis mengharapkan kritikan dan masukan demi kesempurnaan

skripsi ini. Penulis juga mengharapkan skripsi yang sederhana ini dapat

memberikan inspirasi dan berguna bagi kalangan civitas akademik maupun

masyarakat Indonesia. Aamiiiin.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Bandar Lampung, Februari 2017

Penulis,

Angga Roby Virtajaya

Page 14: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

DAFTAR ISI

I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ............................................................................................. 1

1.2. Tujuan Penelitian ......................................................................................... 3

1.3. Batasan Masalah ........................................................................................... 3

1.4. Sistematika Penulisan .................................................................................. 4

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Baja Paduan................................................................................................ 6

2.1.1. Baja Paduan Rendah........................................................................ 6

2.1.2. Baja Paduan Tinggi ......................................................................... 7

2.2. Diagram Fasa ............................................................................................. 7

2.3. Celup Panas (Hot Dipping) ........................................................................ 9

2.4. Hot Dipping Aluminium .......................................................................... 10

Page 15: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

2.5. Proses Pelapisan Aluminium Pada Baja Karbon ..................................... 11

2.6. Oksidasi.................................................................................................... 12

2.6.1. Rasio Pilling Bedworth.................................................................. 12

2.6.2. Penebalan Lapisan Oksida............................................................. 13

III. METODE PENELITIAN

3.1. Metode Penelitian..................................................................................... 16

3.2. Tempat Penelitian..................................................................................... 16

3.3. Alat dan Bahan Penelitian........................................................................ 16

3.3.1. Alat Penelitian ............................................................................... 16

3.3.2. Bahan Penelitian ............................................................................ 22

3.4. Prosedur Kerja.......................................................................................... 24

3.4.1. Proses Pembuatan Spesimen ........................................................ 24

3.4.2. Pemotongan Spesimen Uji............................................................. 25

3.4.3. Cleaning......................................................................................... 25

3.4.3.1. Proses Polishing ............................................................... 25

3.4.3.2. Proses Pencucian Lemak.................................................. 25

3.4.3.3. Proses Pembilasan............................................................ 25

Page 16: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

.3.4.4. Pickling ......................................................................................... 26

3.4.5. Fluxing .................................................................................................. 26

3.4.6. Dipping.................................................................................................. 26

3.4.7. Cooling .................................................................................................. 26

3.5. Karakterisasi............................................................................................. 27

3.6. Pengumpulan Data ................................................................................... 27

3.7. Diagram Alir ............................................................................................ 28

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Kinetika Oksidasi ..................................................................................... 29

4.2. Karakterisasi Fasa Intermetalik................................................................ 33

4.3. Observasi Surface Morfologi ................................................................... 36

V. SIMPULAN DAN SARAN

5.1. Simpulan .................................................................................................. 39

5.2 Saran.......................................................................................................... 40

Page 17: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 3.1. Daftar pengujian untuk baja Cr-Mo-Ni dilapisi aluminium ................. 24

Tabel 4.1. Hasil pengujian oksidasi uap air .......................................................... 29

Tabel 4.2. Hasil pengujian oksidasi tanpa uap air ................................................. 30

Tabel 4.3. Hasil EDS spektrum dari Gambar 4.3 .................................................. 34

Tabel 4.4. Hasil EDS spektrum dari Gambar 4.4c ................................................ 37

Tabel 4.5. Hasil EDS spektrum dari Gambar 4.4d ................................................ 37

Page 18: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Diagram Fasa Fe-Fe3C ......................................................................... 8

Gambar 2.2. Lapisan oksida berpori ......................................................................... 14

Gambar 2.2. Lapisan oksida tidak berpori ................................................................ 14

Gambar 2.3. Lapisan oksida tidak berpori ............................................................... 15

Gambar 3.1. Tungku furnace ................................................................................... 17

Gambar 3.2. Amplas listrik ...................................................................................... 17

Gambar 3.3. Jangka sorong ...................................................................................... 18

Gambar 3.4. Mistar .................................................................................................. 18

Gambar 3.5. Mesin bor listrik .................................................................................. 19

Gambar 3.6. Ultrasonic Cleaner .............................................................................. 19

Gambar 3.7. Kawat stainless steel dan tang ............................................................. 20

Gambar 3.8. Pinset .................................................................................................... 20

Page 19: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

Gambar 3.9. Timbangan analitik .............................................................................. 21

Gambar 3.10. Termocouple ...................................................................................... 21

Gambar 3.11. Hairdryer ........................................................................................... 22

Gambar 3.12. Spesimen baja Cr-Mo-Ni .................................................................. 22

Gambar 3.13. Larutan kimia .................................................................................... 23

Gambar 3.14. Flux ................................................................................................... 23

Gambar 3.15. Aluminium ........................................................................................ 24

Gambar 3.16. Diagram alir ....................................................................................... 28

Gambar 4.1. Plot kinetika oksidasi .......................................................................... 31

Gambar 4.2. Akar kuadrat lama oksidasi ................................................................. 32

Gambar 4.3. SEM penampang permukaan baja Cr-Mo-Ni lapis Al morfologi

oksidasi yang terbentuk dan hasil EDS spektrum analisa pada

baja dengan (a) pelapisan Al celup panas dan setelah dioksidasi

pada temperatur 750○C selama periode (b) 1 jam, (c) 4 jam, dan

(d) 9 jam ............................................................................................ 33

Gambar 4.4. Foto SEM morfologi (a) permukaan spesimen oksidasi

lingkungan uap air 750○C selama 20 jam (b) permukaan

spesimen oksidasi udara kering suhu 750○C selama 20 jam (c)

perbesaran dari Gambar a (d) perbesaran dari Gambar b ................. 36

Page 20: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Baja paduan sedang dengan kandungan Cr 2%, 0,25 Mo dan sedikit Ni banyak

diaplikasikan pada komponen sistem penukar kalor pada sistem perpipaan

pembangkit listrik tenaga uap. Pada temperatur tinggi dan lingkungan yang

mengandung uap air, pemilihan bahan yang tepat diperlukan untuk menunjang

dukungan bahan terhadap serangan oksidasi maupun korosi.

Kemampuan baja dalam menahan serangan oksidasi uap air ditentukan oleh

kandungan Cr. Bila temperatur kerja ditingkatkan maka kemampuan baja dalam

serangan oksidasi mengakibatkan penurunan Cr. Peranan penurunan Cr diteliti

oleh Asteman, pada lingkungan H2O degradasi Cr akan meningkat membentuk

kromium (VI) oksihidroksida. Reaksi yang terjadi (Asteman. dkk, 2002) :

Cr2O3 (S) + O2 (g) + 2H2O (g)↔ 2CrO2(OH)2 (g) (1.1)

Page 21: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

2

Reaksi yang terjadi merupakan penguapan Cr yang membentuk lapisan Cr oksida

di lingkungan air (H2O). Penguapan kromium dapat menyebabkan penipisan

pelindung oksida yang mengakibatkan pembentukan buruk pada Fe dengan

demikian tingkat oksidasi meningkat.

Bedasarkan penelitian Lepingle, dkk (2008), uji ketahanan oksidasi baja 12% Cr

dan baja feritik 9-13% Cr dalam uap air pada temperatur 600-650 oC dengan

rentang waktu 5376 jam. Perbandingan hasil yang didapatkan ketahanan oksidasi

pada baja ditentukan oleh pengaruh unsur paduan utama Cr, Si, Mn, Mo.

Salah satu metode untuk meningkatkan ketahanan baja pada lingkungan uap air

dengan menerapkan pelapisan aluminium celup panas sebagai teknologi yang

murah dan efektif dibandingkan dengan metode pelapisan lainnya. Aluminium

celup panas dilakukan dengan proses mencelupkan baja kedalam bak aluminium

yang mencair. Lapisan aluminium yang terbentuk akan menjadi pelindung selama

baja ter-expose pada temperatur tinggi dengan membentuk lapisan protektif

alumina (Al2O3). Temperatur untuk ketahanan oksidasi dengan pelapisan

aluminium mencapai 700o - 800o C (Wang & Badaruddin, 2010).

Penguraian tersebut sebagai masalah yang akan diteliti oleh peneliti dengan judul

“PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI

PELAPISAN Al”

Page 22: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

3

1.2. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari pelaksanan tugas dan penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Meningkatkan ketahanan oksidasi dalam lingkungan uap air.

2. Menentukan laju kinetika (kp) baja Cr-Mo-Ni yang dilapisi Aluminium.

3. Mempelajari fasa-fasa yang terbentuk selama oksidasi isotermal.

1.3. Batasan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan perumusan masalah diatas agar proses yang

dilakukan bisa berjalan dengan sesuai maka peneliti membatasi masalah

penelitiannya sebagai berikut :

1. Pelapis yang digunakan adalah Al-7%Si.

2. Baja yang digunakan adalah baja Cr-Mo-Ni.

3. Lama proses aluminasi adalah 2 menit.

4. Pengujian oksidasi dilakukan pada temperatur 750 oC dalam lingkungan uap

air dengan rentang waktu 1 sampai 20 jam

Page 23: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

4

1.4. Sistematika Penulisan

Adapun sistematika penulisannya adalah sebagai berikut :

I PENDAHULUAN

Pada bab ini menguraikan latar belakang, tujuan penelitian, perumusan masalah,

batasan masalah, sistematika penulisan.

II TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini menguraikan kajian pustaka yang dijadikan landasan teori untuk

mendukung penelitian ini.

III METODOLOGI PENELITIAN

Pada bab ini menjelaskan metode tentang langkah-langkah, alat dan bahan yang

dilakukan untuk mencapai hasil yang diharapkan dalam penelitian ini.

IV DATA DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini menguraikan hasil dan pembahasan yang diperoleh dari penelitian

yang telah dilakukan.

V PENUTUP

Pada bab ini menyimpulkan dari hasil akhir dan pembahasan sekaligus mamberi

saran yang dapat menyempurnakan penelitian ini.

Page 24: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

5

DAFTAR PUSTAKA

Berisikan mengenai literatur-literatur atau referensi yang diperoleh penulis untuk

mendukung dalam penyusunan tugas akhir ini.

LAMPIRAN

Berisikan beberapa hal yang mendukung penelitian.

Page 25: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Baja Paduan

Baja paduan merupakan paduan dari besi dengan penambahan satu unsur atau lebih

seperti karbon, mangan, silikon, nikel, molibdenum dan vanadium. Baja paduan

dikatagorikan seperti baja paduan rendah, baja tahan karat dan baja tahan panas.

Kegunaan unsur-unsur paduan yang terkandung pada baja paduan memiliki fungsi

tersendiri. Nikel memberi kekuatan dan membantu dalam pengerasan baja dengan

perlakuan pendinginan ataupun tempering heat treatment. Krom ditemukan pada baja

paduan tahan karat yang mempunyai perilaku untuk meningkatkan ketahanan korosi

pada baja paduan tersebut. Molibdenum mempunyai perilaku yang hampir sama

dengan Cr yaitu membantu dalam pengerasan pada baja paduan rendah. Vanadium

pada baja paduan memiliki prilaku sebagai penguat baja dengan membentuk endapan

vanadium carbonitride. Vanadium memiliki ukuran kemampuan untuk membentuk

fasa martensit (hadenability) yang cukup tinggi. Baja paduan terdiri dari baja paduan

rendah dan baja paduan (Bruce, 2006).

2.1.1. Baja paduan rendah (Low Alloy Steel) tergolong jenis baja karbon yang

memiliki tambahan unsur paduan seperti nikel, chromium dan molibdenum.

Page 26: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

7

Total unsur paduannya 2,07%-2,5%. Fungsi utama dari baja paduan rendah

yaitu untuk menambah kekerasan yang diinginkan untuk meningkatkan

kemampuan mekanik dan keuletannya setelah dilakukan proses perlakuan

panas. Pada beberapa kondisi, penambahan unsur paduan digunakan untuk

mengurangi efek degradasi lingkungan terhadap pemakaian. Baja paduan

rendah dapat diklasifikasikan lagi, sebagai berikut :

a. Menurut komposisi kimia, seperti : baja nikel, baja nikel-krom, baja

molibdenum, baja kromium molibdenum.

b. Menurut proses perlakuan panas, seperti : quenched and tempered (QT),

normalized and tempered (NT), annealed (A) dan lain-lain.

2.1.2. Baja paduan tinggi (High Alloy Steel) yaitu baja paduan dengan kadar unsur

paduan yang tinggi, mempunyai sifat khusus seperti baja tahan karat

(Stainless Steel), baja perkakas (Tools Steel) sebagai contoh High Speed Steel

(HSS), baja tahan panas (Heat Resisting Steel) dan lain-lain

2.2. Diagram Fasa

Diagram Fasa (FeFe3C) memperlihatkan perubahan fasa pada laju pemanasan dan

laju pendinginan yang cukup lambat. Dari diagram fasa ini dapat diamati pengaruh

temperatur terhadap perubahan struktur. Struktur baja dapat ditentukan oleh

kandungan unsur didalam baja dan kadar unsur karbonnya. Pada Gambar 2.1

menunjukkan jika kadar karbon baja yang melebihi 0.20 wt.% dimana pada

Page 27: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

8

temperatur 760 C ferrite mulai terbentuk dan mengendap dari austenit turun. Baja

dengan kadar karbon 0.80 wt.% biasanya disebut baja eutectoid dan struktur baja

eutectoid ini terdiri dari ferit () dan pearlite (+Fe3C), seperti ditunjukkan pada

Gambar 2.1.

Temperatur eutectoid merupakan temperatur terendah pada logam, dimana pada

logam terjadi perubahan struktur didalam keadaan padat dan merupakan temperatur

kesetimbangan terendah dimana austenit berubah menjadi ferrite dan sementit. Jika

kadar karbon baja lebih besar dari temperatur eutectoid, harus diperhatikan garis yang

berada pada diagram besi karbida yang bertanda Acm. Dimana garis ini menyatakan

bahwa karbida besi mulai terpisah dari austenit. Karbida besi dengan rumus Fe3C

biasa disebut sementit.

Page 28: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

9

Gambar 2.1. Diagram fasa Fe-Fe3C(Callister and Rethwisch, 2009)

Baja yang memiliki kadar karbon kurang dari komposisi eutectoid (0.76 wt.%) di

sebut dengan baja hipoeutectoid, dan baja yang berkadar karbon lebih dari

komposisi eutectoid disebut baja hypereutectoid. Pada temperatur antara 723-1130

(C) terdapat satu fasa yang terbentuk yaitu fasa austenit dan sementit. Pada

temperatur 723 C butiran fasa tunggal bertransformasi dibawah keseimbangan

bentuk α dan Fe3C dalam satu butiran yang besatu dengan baik, dan lapisan serat-

serat bajanya yang terbentuk disebut pearlite (Van Vlack, 2000).

2.3. Celup panas (hot dipping)

Pelapisan hot dipping adalah pelapisan logam dengan cara mencelupkan pada

sebuah material yang terlebih dahulu dilebur dari bentuk padat menjadi cair pada

sebuah pot atau tangki menggunakan energi dari gas pembakaran atau

menggunakan energi alternative seperti panas listrik. Titik lebur yang digunakan

pada pelapisan material ini adalah biasanya beberapa ratus derajat celcius tetapi

tidak melebihi 1000oC. proses hot dipping perlu dilakukan persiapan permukaan,

komposisi kimia yang berhubungan dengan larutan kimia dan material logam

(kemurnian dan komposisi campuran) juga temperatur. Sebelum dilapisi dalam

proses hot dipping permukaan benda kerja bebas dari lemak, oksida dan kotoran

lain. Lapisan yang terbentuk relatif tipis. Adapun syarat yang harus dipenuhi untuk

melakukan proses hot dipping, yaitu:

Page 29: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

10

A. Permukaan benda kerja yang dilapisi bersih dan bebas dari kororan. Oleh

karena itu benda kerja dibersihkan terlebih dahulu dengan larutan pembersih

yang digunakan untuk hot dipping.

B. Logam yang akan dilapisi mempunyai titik lebur yang lebih tinggi dan untuk

logam pelapis (timah, seng atau aluminium) mempunyai titik lebur yang lebih

rendah.

C. Jumlah deposit logam yang akan melapisi permukaan benda hendaknya

proposiona (Dede, 2012).

2.4. Hot Dipping Aluminium

Dalam pemanfaatan logam terutama aluminium untuk pelapisan, ada dua jenis

pelapisan hot dipping aluminium yaitu :

2.4.1. Pelapisan aluminium type 1 ( Pelapisan Al-Si).

Lapisan ini adalah lapisan yang tipis yaitu dengan ketebalan menurut

kelasnya. Untuk kelas 40 tebal lapisannya adalah 20-25 µm dan untuk

kelas 25 biasanya untuk kepentingan tertentu yaitu pelapisan 12 µm.

Silikon yang dicampurkan pada type 1 ini rata-rata adalah 5-11% untuk

perintah mencegah pembentukan lapisan tebal antara logam besi-

aluminium, dimana akan merusak pelekatan lapisan dan kemampuan

untuk membentuk.

2.4.2.Pelapisan aluminium type 2 (Al Murni).

Page 30: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

11

Lapisan ini adalah lapisan yang ketebalnya 30-50 µm. Aluminium yang

digunakan adalah aluminium murni. Produk yang dihasilkan bisanya

digunakan pada kontruksi luar ruangan yaitu : atap rumah, pipa air bawah

tanah, menara yang memerlukan ketahanan korosi udara. Pada lingkungan

perairan laut, pelapisan ini sangat baik ketahannya terhadap korosi celah.

2.5. Proses Pelapisan Aluminium Pada Baja Karbon Rendah

Baja karbon rendah yang mengalami pelapisan dengan cara pencelupan dengan

menggunakan aluminium yang telah dicairkan dengan menggunakan berbagai

waktu pencelupan dengan titik lebur aluminium 660 oC akan menambah pelapisan

pada baja karbon rendah. Hasil penelitian menunjukan bahwa lapisan aluminium

terdiri atas lapisan luar aluminium yaitu FeAl3 dan lapisan utamanya Fe2Al5. Baja

karbon rendah yang mengalami proses hot dipping dengan menggunakan

aluminium umumnya menggunakan tungku pada temperatur lingkungan, yang

berkaitan dengan pembentukkan Al2O3 yang baik sebagai lapisan permukaan pada

baja karbon rendah. Hal ini berguna untuk mencegah proses oksidasi ketika baja

digunakan pada temperatur yang tinggi.

Struktur mikro yang terbentuk melindungi baja karbon rendah yang terdiri dari

komposisi pada saat pencelupan lapisan aluminium yang dibentuk oleh baja dan

aluminium yang mengalami interdifusi sepanjang proses pencelupan. Dalam

pengujian pelapisan aluminium pada baja karbon rendah bertujuan untuk

mengetahui ketebalan lapisan dari proses hot dipping dengan waktu tahan yang

Page 31: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

12

telah ditentukan akan didapat tebal lapisan oksida, yang menunjukan dimana untuk

tiap stripnya mewakili 5 µm. Dari ketebalan yang akan diperoleh akan

menghasilkan ketahanan terhadap korosi yang terjadi.

2.6. Oksidasi

Oksidasi merupakan sebuah proses terjadinya pengkaratan yang biasanya terjadi

pada logam yang disimpan terlalu lama. Oksidasi secara kimia yaitu pengurangan

kandungan ion, molekul dan atom. Penambahan oksigen pada unsur lain dikenal

dengan oksidasi dan unsur yang menyebabkan oksidasi dinamakan unsur

pengoksidasi. Sebaliknya jika terjadi penambahan unsur oksigen pada sebuah

logam disebut reduksi dan unsur yang meyebakan reduksi dinamakan unsur

pereduksi. Oksidasi sangat dipengaruhi dengan keadaan lingkungan udara sekitar,

apabila lingkungan udara sekitar lembab maka akan mempercepat terjadinya

oksidasi.

Reaksi yang terdiri dari peristiwa reduksi dan oksidasi atau reaksi perubahan

bilangan oksidasi disebut redoks. Reaksi redoks melibatkan tranfer elektron

dimana elektron yang dilepas oleh unsur yang mengalami oksidasi akan diterima

oleh unsur yang melami reduksi.

2.6.1. Rasio Pilling-Bedworth

Page 32: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

13

Pada natrium, kalium, magnesium memili lapisan oksida berpori pada

permukaannya, adapun yang rapat atau tidak berpori sepert besi, tembaga,

nikel. Muncul atau tidaknya pori pada lapisan oksida berkolerasi dengan

perbandingan volume oksida yang terbentuk dengan volume material yang

teroksidasi. Perbandingan ini dikenal dengan Pilling-Bedworth Ratio,

dimana (Pilling & Bedworth, 1923) :

= = (2.1)

Keterangan :

M : berat molekul oksida (dengan rumus MaOb)

D : Kerapatan Oksida

a : Jumlah atom material per molekul oksida

m : berat atom material

d : kerapatan material

Apabila rasio volume oksida material kurang dari satu, lapisan oksida yang

terbentuk akan berpori. Jika rasio volume oksida material mendekati satu

atau sedikit lebih dari satu maka lapisan oksida yang terbentuk adalalh rapat

Page 33: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

14

tidak berpori dan apabila rasio jauh lebih besar dari lapisan oksida akan

retak-retak.

2.6.2. Penebalan Lapisan Oksida

Lapisan oksida yang terbentuk pada permukaan cenderung menebal.

Beberapa kemungkinan mekanisme yang terjadi, yaitu:

a. Lapisan oksida terbentuk berpori, maka molekul oksigen bisa masuk

melalui pori-pori dan bereaksi dengan material. Lapisan oksida

bertambah tebal. Terjadi jika volume oksida material kurang dari satu.

Sifat dari lapisan oksida ini non-proteksi tidak memberika perlindungan

pada material yang dilapisinya terhadap proses oksidasi setelahnya.

Gambar 2.2. Lapisan oksida berpori

b. Lapisan oksida tidak berpori, ion material menembus lapisan oksida

menujung bidang batas oksida udara secara difusi. Pada perbatasan

oksida udara material bereaksi dengan oksigen dann menambah tebal

Page 34: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

15

lapisan yang telah ada. Elektron bergerak dengan arah yang sama agar

pertukaran elektron dalam reaksi dapat terjadi.

Gambar 2.3. Lapisan oksida tidak berpori

c. Lapisan oksida tidak berpori, ion oksigen dapat berdifusi menuju bidang

batas material oksida dan bereaksi dengan material di batas bidang

material oksida. Elektron yang bebas dari permukaan logam tetap

bergerak ke arah bidang batas oksida udara.

Gambar 2.4. lapisan oksida tidak berpori

d. Beberapa kemungkinan yang terjadi adalah gabungan antara lapisan

berpori dengan tidak berpori dimana ion material dan elektron bergerak

Page 35: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

16

kearah luar sedangkan ion bergerak ke arah dalam. Reaksi oksidasi bisa

terjadi di dalam lapisan oksida (Sudaryanto & Utari, 2011).

Page 36: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

III. METODE PENELITIAN

3.1. Metode Penelitian

Dalam penelitian ini akan dilakukan pengujian ketahanan oksidasi baja Cr-

Mo-Ni di lingkungan uap air yang dilapisi aluminium pada temperatur 750○C.

3.2. Tempat Penelitian

Pengerjaan, pengujian serta observasi spesimen dalam penelitian ini akan

dilakukan di Laboratorium Material Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Lampung dan pengujian morfologi dilakukan di Pusat Penelitian

Metalurgi LIPI

3.3. Alat dan Bahan Penelitian

Adapun alat dan bahan yang digunakan, yaitu sebagai berikut :

3.3.1. Alat Penelitian

a. Tungku (Furnace Elektrik)

Digunakan sebagai proses pelapisan dengan metode hot dipping

dan proses oksidasi

Page 37: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

17

Gambar 3.1. Tungku Furnace

b. Amplas listrik (Grinding)

Digunakan untuk menghaluskan permukaan spesimen

menggunakan amplas dengan kekasaran 240-500-1000-1200.

Gambar 3.2. Amplas Listrik (Grinding)

Page 38: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

18

c. Jangka Sorong

Digunakan untuk membantu dalam pengukuran

Gambar 3.3. Jangka Sorong

d. Mistar

Digunakan untuk membantu dalam pengukuran spesimen

Gambar 3.4. Mistar

e. Mesin Bor Listrik

Digunakan untuk melubangi spesimen dengan diameter 1 mm

Page 39: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

19

Gambar 3.5. Mesin Bor Listrik

f. Ultrasonic Cleaniner

Digunakan sebagai pembersih sisa kotoran dan lemak pada

spesimen

Gambar 3.6. Ultrasonic Cleanner

g. Kawat Stainless Steel dan Tang

Digunakan sebagai pembuat gantungan spesimen uji ketika

dicelup kedalam bak aluminium

Page 40: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

20

Gambar 3.7. Kawat Stainless Steel dan Tang

h. Pinset/Penjepit

Digunakan untuk mengambil spesimen

Gambar 3.8. Pinset/ Penjepit

i. Timbangan Analitik Digital

Digunakan untuk menimbang spesimen sebelum dan sesudah

proses oksidasi dengan ketelitian 0,1 mg

Page 41: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

21

Gambar 3.9. Timbangan Analitik Digital

j. Thermocouple

Digunakan sebagai pengukur suhu dalam tungku furnace sebelum

melakukan proses hot dipping.

Gambar 3.10. Thermocouple

Page 42: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

22

k. Pengering (Hair Dryer)

Digunakan sebagai pengering spesimen yang telah diberikan flux

Gambar 3.11. Hair Dryer

3.3.2. Bahan Penelitian

a. Baja Cr-Mo-Ni

Digunakan sebagai spesimen pengujian dalam penelitian ini.

Gambar 3.12. Spesimen Uji Baja Cr-Mo-Ni

Page 43: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

23

b. Larutan kimia

Larutan kimia yang terdiri dari aceton, etanol, NaOH, H3PO4 dan

aquades yang digunakan sebagai proses pencucian atau

pembersihan sisa kotoran pada spesimen uji baja Cr-Mo-Ni.

Gambar 3.13. Larutan Kimia

c. Flux

Digunakan sebagai proses pelumuran baja Cr-Mo-Ni sebelum

dicelupkan ke bak aluminium.

Gambar 3.14. Flux

Page 44: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

24

d. Aluminium

Digunakan sebagai bahan proses pelapisan Al pada baja Cr-Mo-Ni

Gambar 3.15. Aluminium

3.4. Prosedur Kerja

3.4.1. Proses Pembuatan Spesimen

Spesimen atau benda uji yang digunakan dalam penelitian ini adalah

baja paduan rendah Cr-Mo-Ni. Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam

pembuatan spesimen ini adalah sebagai berikut :

Tabel 3.1. Daftar pengujian untuk baja Cr-Mo-Ni dilapisi aluminium

Waktu Oksidasi (jam) SEM/EDS

1 jam

4 jam

9 jam

20 jam

Page 45: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

25

3.4.2. Pemotongan Spesimen Uji

Pemotongan specimen uji dilakukan dengan menggunakan gergaji

besi. Dengan ukuran specimen 10 x 20 x 2 mm2 . Dimana bentuk

potongan yang dihasilkan masih panjang dan kasar.

3.4.3. Cleaning

Yang dimaksud dengan cleaning yaitu pembersihan permukaan logam

yang bertujuan menghilangkan kotoran dan bentuk struktur permukaan

spesimen yang baik. Dalam hal ini ada beberapa proses yang dilakukan

antara lain :

3.4.3.1. Proses Polishing

Ialah proses pengamplasan pada permukaaan baja dengan

menggunakan amplas nomor 200-1500. Dengan tujuan

menghaluskan bagian sisi-sisi permukaan.

3.4.3.2. Proses Pencucian Lemak

Pencucian lemak dengan menggunakan etanol dimaksudkan

agar benda kerja bebas dari lemak atau minyak yang dapat

mengganggu daya rekat hasil pelapisan.

3.4.3.3. Proses Pembilasan

Proses pembilasan dengan menggunakan air yang berfungsi

untuk menghilangkan sisa-sisa etanol yang masih ada pada

permukaan benda kerja.

Page 46: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

26

3.3.4. Pickling

Proses pickling adalah proses pembersihan material setelah proses

cleaning dengan menggunakan bahan kimia yang mengandung asam.

Dalam hal ini ada beberapa proses yang dilakukan antara lain :

3.3.4.1. Pencucian dengan 10% NaOH dan 5% HPO3

Proses pencucian dilakukan pada permukaan benda kerja yang

masih mengandung lemak atau minyak. Merendam benda

kerja ke dalam larutan NaOH + HPO3 + air dengan

perbandingan 1:1:1 .

3.3.5. Fluxing

Proses dimana baja sebelum dicelupkan ke aluminium cair terlebih

dahulu dilumuri dengan aluminium flux yang bertujuan agar logam

dapat tertutupi semua bagian luarnya sehingga oksidasi dengan udara

luar tidak terjadi. Tahapan akhir perlakukan awal ini adalah pengering

baja tersebut di dalam udara dengan temperatur kamar selama 10

menit.

3.3.6. Dipping

Proses dipping adalah proses akhir yang dilakukan dengan

mencelupkan baja ke dalam Aluminium cair. Untuk waktu pencelupan

yang akan dilakukan dalam proses pelapisan ini adalah 2 menit.

3.3.7. Cooling

Page 47: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

27

Proses ini adalah proses pendinginan material yang telah melalui

proses Hot dipping dengan cara mencelupkan ke dalam air agar lapisan

logam yang melapisi segera mendingin.

3.4. Karakterisasi

Setelah melalui proses pengujian oksidasi maka specimen akan melalui

tahapan pengujian karakterisasi. Proses yang akan dilakukan adalah XRD

(X-Ray Diffraction) SEM (Scanning Elektron Microscopy) atau EDS (Energy

Dispersive X-Ray Spectrometer) untuk mengetahui fasa dan struktur mikro

baja.

3.6. Pengumpulam Data

Pengumpulan data-data yang dibutuhkan untuk menunjang penelitian yang

akan dilakukan ialah melakukan perhitugan massa dari specimen, untuk

mendapatkan perbandingan antara massa (∆ ) per satuan luas (A) dan waktu

pengujian (t). Dengan menggunakan rumus berikut :∆ = − (3.1)

Dimana :

W1 = Berat benda uji setelah oksidasi (mg)

W0 = Berat benda uji sebelum oksidasi (mg)

Dan perhitungan luas permukaan benda uji :

A = 2 ( p x l + p x t + l x t ) (3.2)

Dimana :

A = luas permukaan spesimen (cm2)

Page 48: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

28

p = Panjang spesimen (cm)

l = Lebar spesimen (cm)

t = Tinggi spesimen (cm)

3.7. Diagram Alir

Gambar 3.16. Diagram Alir.

Kesimpulan dan Saran

Selesai

Studi literatur dan survey

Proses hot dipping

Persiapan bahan baja Cr-Mo-Ni

Analisa data Proses hot dipping

Analisa Sampel

SEM / EDS

Pengujian Oksidasi

Page 49: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

V. SIMPULAN DAN SARAN

5.1. Simpulan

Dari hasi pengujian oksidasi pada lingkungan uap air yang bertemperatur 7500C

selama rentang waktu 1- 20 jam, menghasilkan beberapa kesimpulan yang dapat

diambil adalah sebagai berikut :

1. Keberadaan lapisan Al pada baja Cr-Mo-Ni yang dilapisi aluminium 7% Si

berpengaruh besar sebagai lapisan pelindung terhadap oksidasi lingkungan

uap air.

2. Didapatkan hasil penambahan berat (weight gaint) untuk baja Cr-Mo-Ni yang

dilapisan aluminium setelah oksidasi lingkungan uap air selama 20 jam adalah

sekitar 0,0290350 mg/mm2. Sedangkan untuk baja pada lingkungan udara

kering setelah dioksidasi dengan waktu yang sama adalah sekitar 0,0113499

mg/mm2. Nilai penambahan berat berbanding terbalik dengan ketahanan

oksidasi. Semakin tinggi nilai penambahan berat, maka semakin rendah

ketahanan oksidasinya dan juga sebaliknya.

3. Dari hasil perhitungan diperoleh data hasil regresi linier nilai konstanta

parabolik untuk baja Cr-Mo-Ni dilapisi aluminum di udara uap air adalah

Kp = 2,34 × 10−8 mg2 mm−4 s−1 dan untuk baja yang dioksidasi di lingkungan

Page 50: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

40

udara kering adalah kp = 2,5 ×10−9 mg2 mm−4 s−1 . Nilai konstanta parabolik

berbanding terbalik terhadap ketahanan oksidasi. Semakin rendah nilai

konstanta parabolik maka ketahanan oksidasi semakin tinggi dan juga

sebaliknya.

4. Fasa intermetalik yang terbentuk dari baja Cr-Mo-Ni yang dilapisi Al yaitu

Fe2Al5, FeAl2 dan FeAl. Penambahan lapisan protektif Al2O3 disuplai oleh

atom-atom Al dari fasa Fe2Al5 dan FeAl2

5. Lapisan protektif Al2O3 yang tipis dan padat memberikan perlindungan yang

besar pada baja Cr-Mo-Ni dipanaskan pada suhu 750○C lingkungan basah.

5.2. Saran

Berdasarkan pembahasan dan hasil pengujian yang diperoleh, masih perlu

dilakukan beberapa pemecahan masalah lebih lanjut, terkait dengan ketahanan

oksidasi udara basah pada suhu tinggi. Ketahan oksidasi tergantung dengan

lingkungan udara, temperatur dan juga waktu, sehingga perlu dilakukan pengujian

lebih lanjut untuk mengetahui perubahan ketahanan oksidasi sebagai fungsi suhu

pada masing-masing material. Selain itu juga, pengaruh kondisi baja sebelum

oksidasi diperlukan untuk mengetahui perubahan ketahanan dan kinetika oksidasi.

pengaruh waktu lebih lama cukup besar pada oksidasi untuk melengkapi data

pengujian lebih lanjut. Sehingga, nantinya akan didapat hasil pengujian yang

menjadi bahan pertimbangan dalam menentukan kualitas material tahan korosi

udara basah bertemperatur tinggi.

Page 51: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

DAFTAR PUSTAKA

Bruce, Bramfitt. 2006. Mechanical Engineers’ Handbook : Materials and

Mechanical Design. Reprint from Handbook materials selection, wiley,

New York . vol. 1. Edition 3rd

C.J.Wang and S.M. Chen. 2006. The High Temperatur Oxidation Behavior of Hot

Dipping Al-Si Coating on Low Carbon Steel, Surf. Coat. Vol.200,6601

Callister. W.D, and Rethwisch. D.G, Jr., 2009, Materials science and engineering: an

introduction. 8th Ed., John Wiley & Sons, Inc. USA, pp. 122-126,

252319.

H. Asteman, J.E. Svensson, L.G. Johansson. 2002. Evidence for Chromium

Evaporation Influence the Oxidation of 304L the Effect of Temperature

and Flow Rate. Oxidation Met. Vol 57, pp. 193-216

Page 52: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

M. Halvarsson, J.E. Tang, H. Asteman, J.E. Svensson dan L.G. Johansson. 2006.

Microstructural Investigation Of The Breakdown Of The Protective

Oxide Scale On A 304 Steel In The Presence Of Oxygen And Water

Vapour At 600o C. Corrosion Science. Vol. 48, pp. 2014-2035

M. Khamdun. 2015. Ketahanan Oksidasi Baja A238 yang Dilapisi Aluminium pada

Temperatur 7500C. Universitas Lampung. Lampung

N.B. Pilling, R.E. Bedworth. 1923. The Oxidation of Metals at High Temperatures. J.

Ins. Met. P529-591

N.K. Othman, N. Othman, J. Zhang dan D.J. Young. 2009. Effect Of Water Vapour

On Isothermal Oxidation Of Chromia-Forming Alloys in Ar/O2 And

Ar/H2 Athmospheres. Corrosion Science. Vol. 51, pp 3039-3049

Pieraggi,B.1987. Calculation of parabolic Reaction Rate Constants. Oxidation of

Metals, Vol.27, P177-185

Prasongko, Dede Yudo. 2012. Optimasi Parameter Pelapisan Celup Panas Baja AISI

1020 dengan Aluminium. Universitas Lampung. Bandar Lampung

S. Paldey, S.C. Deevi. 2003. Cathodic Arc Deposited FeAl coatings : Properties and

Oxidation Characteristics. Materials Science and Engineering. Vol.355,

P208-215

Page 53: PERILAKU OKSIDASI UAP AIR BAJA Cr-Mo-Ni MELALUI PELAPISAN ...digilib.unila.ac.id/25762/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf(C r-Mo-Ni) yang dioksidasi pada lingkungan kering bertemperatur

Sudirham. S, Utari. N, 2011. Mengenal Sifat – Sifat Material. Eecafedotnet. Files.

Wordpress.com/2011/08/oksida-dan-korosi.pdf diakses pada tanggal 23

April 2016

V. Lepingle, G. Louis, D. Allue, B. Lefebvre dan B. Vandenberghe. 2008. Steam

Oxidation Of New 12% Cr Steels : Comparison With Some Other Ferritic

Steels. Corrosion science. Vol.50, pp. 1011-1019

Van Vlack. L.H, 2000. Elemen-elemen dan Rekayasa Material. Edisi keenam.

Erlangga : Jakarta.

Wang, Chaur Jeng. Badaruddin, Mohd. 2010. The Dependence Of High Temperature

Resistance Of Aluminized Steel Exposed To Water-Vapour Oxidation.

Surface & Coating Technology. Vol. 205, pp. 1200-1205

M.P. Brady, Y. Yamamoto, M.L. Santella dan L.R. Walker. 2009. Composition,

microstructure and water vapour Effect on Internal/External Oxidation

of Alumina Forming Austenitic Stainless Steels. Oxid. Met. Vol.72. P311