PROSES PELAPISAN KELONGSONG ZIRKALOI DENGAN KARBURASI DAN NITRIDASI PLASMA

ABSTRAK
Penelitian proses pelapisan pada permukaan kelongsong zirkaloi terus dilakukan dalam
upaya meningkatkan kinerja kelongsong elemen bakar. Proses pelapisan bagian luar kelongsong
zirkaloi-4 dilakukan dengan karburasi plasma dan nitridasi plasma. Pada proses karburasi plasma,
gas metan merupakan sumber atom karbon dan pada proses nitridasi plasma digunakan gas
nitrogen. Parameter proses yang akan menentukan kualitas hasil proses meliputi kondisi plasma
yang dibangkitkan, temperatur dan kondisi permukaan kelongsong zirkaloi, tekanan chamber dan
durasi proses. Kondisi plasma yang dibangkitkan meliputi jenis ion, energi kinetik rerata dan dosis
ion. Energi kinetik rerata akan menentukan kedalaman penetrasi/penembusan ion-ion ke dalam
bahan target. Dosis ion merupakan fungsi berkas arus ion sementara durasi proses akan
menentukan jumlah ion atau prosentasi ion yang dideposisikan ke dalam bahan target. Jumlah
atom karbon atau nitrogen yang masuk ke permukaan kelongsong zirkaloi akan menentukan
kekerasan permukaannya. Melalui pengaturan laju alir gas dan kombinasi tegangan–arus maka
dapat dicapai tekanan chamber dan temperatur substrat yang dikehendaki selama durasi proses
tertentu. Pada riset ini digunakan peralatan karburasi/nitridasi plasma di PSTA–Batan Jogjakarta
dengan variasi tekanan gas CH4+Ar untuk proses karburasi dan variasi durasi proses untuk
nitridasi plasma dengan spesimen uji berupa potongan kelongsong zirkaloi-4. Data hasil
karakterisasi spesimen uji untuk proses karburasi plasma menunjukkan bahwa dengan bertambah
besar tekanan gas dalam chamber, tebal lapisan yang diperoleh pada proses karburasi plasma
semakin berkurang. Dengan bertambahnya tekanan gas berarti dosis ion yang akan dibangkitkan
akan bertambah yang akan menyebabkan penurunan tegangan atau penurunan energi kinetik
rerata dan kemampuan penetrasi ion karbon sehingga tebal lapisan menjadi berkurang. Sementara
nilai kekerasan mikro rata-rata lapisan yang terbentuk dari variasi tekanan gas memberikan
peningkatan yang tidak signifikan bila dibandingkan dengan kekerasan mikro kelongsong zirkaloi
yang tidak dilapisi (blanko). Hasil karakterisasi proses nitridasi plasma kelongsong zirkaloi
menunjukkan bahwa dengan bertambah panjang durasi proses, jumlah ion nitrogen yang
terdeposisi menjadi bertambah sehingga lapisan yang terbentuk bertambah tebal. Kekerasan mikro
permukaan kelongsong hasil proses nitridasi mempunyai nilai lebih tinggi bila dibandingkan
dengan kekerasan mikro kelongsong zirkaloi yang tidak dilapisi (blanko). Dari penelitian ini dapat
disimpulkan bahwa proses karburasi plasma pada kelongsong zirkaloi-4 bukanlah cara yang tepat
untuk memberikan lapisan yang akan meningkatkan kekerasan permukaan kelongsong zirkaloi
sedangkan proses pelapisan dengan nitridasi plasma perlu diteliti lebih lanjut untuk perolehan hasil
proses pelapisan yang optimal.
Kata kunci: pelapisan, karburasi plasma, nitridasi plasma, zirkaloi-4, kelongsong