EFEK IMPLANTASI YTTRIUM DAN CERIUM TERHADAP SIFAT KETAHANAN OKSIDASI MATERIAL FeNiCr SELAMA SIKLUS TERMAL

Sari

ABSTRAK

EFEK  IMPLANTASI  YTTRIUM DAN CERIUM TERHADAP  SIFAT  KETAHANAN  OKSIDASI MATERIAL  FeNiCr  SELAMA  SIKLUS TERMAL

Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh implantasi elemen reaktif terhadap sifat ketahanan oksidasi material FeNiCr selama siklus termal. Elemen reaktif yang dipilih sebagai ion dopan adalah yttrium (Y) dan cerium (Ce). Tujuan utama penlitian ini adalah untuk mempelajari efek implantasi ion yttrium dan cerium serta menentukan kondisi optimum penambahan elemen reaktif tersebut untuk peningkatan ketahanan oksidasi material FeNiCr se1ama siklus termal. Sifat ketahanan oksidasi FeNiCr ditentukan dari tiga macam sample yang disediakan, yaitu FeNiCr yang tidak diimplantasi, FeNiCr yang diimplantasi dengan ion yttrium dan FeNiCr yang diimplantasi dengan ion cerium. Masing-masing ion diimplantasikan ke permukaan FeNiCr dengan energi dan arus yang tetap sebesar 100 ke V dan 10 µA, serta dengan waktu implantasi yang bervariasi dari 30 - 210 menit untuk mendapatkan dosis ion antara 0,864 x 10¹⁷ - 6,050 X 10¹⁷ – 6,050 x 1017 ion/cm2, Setiap sample se1anjutnya dioksidasi selama siklus termal dengan kondisi 7 jam pemanasan, 16 jam pendinginan, laju aliran oksigen sebesar 0,021 cc/det, dan tekanan oksigen sebesar 2 Kg/cm2. Laju oksidasi dan pengelupasan oksida pada sampel ditentukan dari perubahan berat sarnpel  tiap satuan luas permukaan sampe1 sebelum dan sesudah proses oksidasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa implantasi ion Y dan Ce pada material FeNiCr mampu meningkatkan ketahanan oksidasi material tersebut selama siklus termal pada suhu 900°C. Ketahanan oksidasi tersebut lebih baik dibandingkan dengan sample yang tidak diimplantasi. Kondisi optimum penambahan yttrium dan cerium masing-masing dicapai pada dosis 5,186 x 1017 ion/cm2 dan 3,457 x 1017 ion/cm2. Implantasi yttrium mampu menunjukkan efektivitas yang lebih baik dibandingkan dengan cerium dalam meningkatkan ketahanan oksidasi FeNiCr selama siklus termal.

Kata kunci: Implantasi, Yttrium, Cerium, Akselerator, Ketahanan oksidasi, FeNiCr, Siklus termal

ABSTRACT

THE EFFECT OF  YTTRIUM AND  CERIUM  IMPLANTATION  UPON  THE OXIDATION  RESISTANCE  OF  FeNiCr  ALLOY  DURING  THERMAL CYCLING.

The investigation on the effect of yttrium (Y) and cerium (Ce) implantations upon the oxidation resistance of FeNiCr alloy during thermal cycling has been carried out. The aims of the investigation were to study effect of  Y and Ce ions implantation as well as to determine the optimum condition of these reactive elements addition to increase the  oxidation resistance of FeNiCr alloy during thermal cycling. The oxidation resistance of FeNiCr was determined from tbe three kinds of prepared-samples, i.e.: non-implanted-FeNiCr, yttrium-ion-implanted-FeNiCr, and cerium-ion-implanted-FeNiCr. The implantation processes were done by using P3TM-BATAN's accelerator. The ions were implanted to the alloy's surface with the constant energy and current of 100 ke V and 10 µA, and with variable time of 30 - 210 minutes respectively, to vary tbe ion doses of 0.864 x 10¹⁷ - 6.050 X 10¹⁷ ions/cm2• Each sample was tben oxidized during thermal cycling by tbe oxygen flow of 0.021 cc/sec, and with the conditions of heating at 900°C for 7 hours and cooling down for 16 hours. The oxidation rate and oxide spalling were determined from the sample's weight gain per unit area of sample's surface just before and after tbe oxidation process. The result of tbe investigation indicated that Yttrium and cerium ions implantation could increase the oxidation resistance of FeNiCr alloy during thermal cycling at 900°C. This oxidation resistance was better than tbat of non-implanted sample. The optimum condition of yttrium and cerium addition was reached on the ion doses of 5.186 x 10¹⁷ ions/cm2 and 3.457 x 10¹⁷ ions/cm2 respectively. The yttrium implantation could perform better effectiveness than cerium in the case of enhancing the oxidation resistance of FeNiCr during thermal cycling.

Keywords  : Implantation, Yttrium, Cerium, Accelerator, Oxidation resistance, FeNiCr alloy, Thermal cycling.