Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dolam Pe/1,€litian Sainsdan Tekrwlogi Menuju Era Tinggal Landas

Bandung, 8- 10 Oktober 1991PPTN - BATAN

PENENTUAN LAJU KOROSI PADUAN AIMgSi HASIL REKOVERIELEMEN 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

ABSTRAKPENENTUAN LAJU KOROSIPADUANAlMgSiHASIL REKOVERI ELEMEN BAHAN

NUKLIR DENGAN METODE POTENSIODINAMIK. Kelakuan AlMgSi hasil rekoverielemen bahan nuklir di dalam air dipelajaridengan teknik potensiodinamik dan dibandingkandengan AlMgSi asli. Kurva potensiodinamik AlMgSi hasil rekoveri dan AlMgSi pada pH =5,38 menunjukkan gejala yang berbeda. Teramati gejala pasivasi pada potensial - 100 mVsampai + 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 kurvapotensiodinamik keduanya menunjukkan gejala sarna. Di atas potensial korosi - 438 mVperubahan potensial diikuti perubahan arus yang cenderung naik terus. Laju korosi dariAlMgSi hasil rekoveri lebih besar dibandingkan dengan AlMgSi asli yaitu (0,11 - 2,85) mpt(mill per tahun) terhadap (0,06 - 0,55) mpt.

ABSTRACTDETERMINATION OF CORROSION RATE OF AlMgSi ALLOYS RESULTED FROM

RECOVERY OF NUCLEAR FUEL ELEMENTS BY POTENTIODYNAMIC. The corrosionbehavior of AlMgSi Alloys resulted from recovery of nuclear fuel elements compared with theoriginal AlMgSi was investigated in water by potentiodynamic. In the pH = 5.38 the poten­tiodynamic curves are different. The original AlMgSi showed the region passivation betweenpotential - 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 thepotentiodynamic curves are similar. Above the E corr'= - 438 mV, the potential more positivegave the increasing current. The corrosion rate of AlMgSi from recovery more higher than theoriginal AlMgSi which is (0.11 - 2.85) mpy compared with (0.06 - 0.55) mpy.(mill per year)

PENDAHULUANKelakuan 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 dilapisialuminium silikon pada berbagai kondisi at­mosfer dan di dalam air dipelajari oleh R.I.SCHMITT dkk [2]. Tentu saja penelitian ter­sebut berkaitan dengan penggunaan paduanaluminium 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 rekoverisisaAIMgSi dengan peleburan kembali dan mik­rostrukturnya dianalisis dengan transmisi mik­roskop elektron oleh SYAHBUDIN [4]. Meng­ingat AIMgSi hasil rekoveri ini kalau dipakaisebagai bahan struktur elemen bahan nuklir

akan bersinggungan dengan air, maka timbulsuatu gagasan bagaimana kelakuan korosinyadi dalam air dan dibandingkan dengan AlMgSiasU.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 memberigambaran kelakuan korosi AlMgSi hasil reko­veri dan kemungkinan sifatnya sarna denganyang asU.Dipelajari pengaruh perlakuan penye­diaan cuplikan dan kondisi pH yang berbeda.

TATAKERJADANPERCOBAAN

Alat

Peralatan yang dipakai dijelaskan secararinci sesuai dengan acuan pustaka [5,6].

476

Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalam Penelitian Sainsdnn Teknologi Menuju Era Tinggal Landas

Bahan

a. Pelat AIMgSi asli diperoleh dari Pusat Ele­men Bakar Nuklir- BATAN. Komposisi ki­mianya acuan [5].

b. Pelat AIMgSi hasil rekoveri dari Syahbudin[4].

c. H20 bebas mineral dari RSG GASiwabessy.d. Asam klorida dan natrium hidroksida buat-

an Mercke. Kertas ampelas dan pemoles alumina.f. Etanol.

Prosedur kerja

a. Penyediaan cuplikan

Cuplikan terdiri dari dua jenis yaitu :AIMgSiasli dan AlMgSihasH rekoveri, cuplikandibuat lingkaran dengan diameter 1,2 cm < d <1,5 cm disesuaikan dengan pemegang cuplikanpelat K0105 (Gambar 1).

Gambar 1. Pemegang cuplikan pelat (~0105)

Kedua cuplikan diperlakukan sarna yaitupermukaannya dihaluskan dengan ampelas ba­sah sampai kehalusan 1200 mesh. Selanjutnyadipoles dengan alumina sampai rata, mengkilaplalu dipanaskan dengan alkohol untuk menghi­langkan lemak-Iemak, setelah kering disimpandi dalam desikator sebagian cuplikan tidak dila­kukan pemolesan dengan alumina.

Banlumg, 8 - 10 Oktober 199}PPTN - BATAN

b. Pengukuran potensiodinamik

Cuplikan dipasang pada sel korosi K04'l(Gambar 2).

Gambar 2. Sel korosi K 047

Pengukuran potensiodinamik memakai pe­rangkat lunak Sofcorr 342 DC CorrosionMeasurement setiap pengukuran dimulai dariEawal= - 250 mV lawan Ekor dan berakhir diEakhir= + 1600 mV lawan Ere!' Kecepatan pela­rikan (scanning rate) potensial = 0,5 mV/det.Media H20 diaduk dengan pengaduk magnetikpada 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 3. Kurva Potensiodinamik Pot 1a danPot 1b

477

Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalam Penelitian Sainsdan Tekrwlogi MenuJu Era TinggaJ Landas

Bandung, 8 -10 Oktober 1991PPTN - BATAN

Dengan menggunakan perangkat lunakyang sama diperoleh data tertera pada Tabell.

Tabell. Hasil percobaan

.~.J~t;I. ,.) •

\

- \2: J ~:;"~~i;-"'~2 ~--~4JJ:.-.J--"~2~-·-'-·~i0 ':.~ ~o ~ :~ ~J 10 .~-

i; :;::./[~.••.2'

);:

60;J

; }

. / /,-1/ -/

/';/

./;//,////"..--.<~c:~:~~)

NamapHE1torIkorH.P.L.K.

mV

amD/cm2kohm/cm2mptPot 1a

5,38--3150,15142,240,066

Pot 1b

538--356° 25140920,110

Pot 2a

7,00--3820,20701,830,089

Pot 2b

7,00-4380,49171,420,210

Pot 3a

5,38-4011,3555390,550

Pot 3b

5,38- 5536,7517282850

KETERANGAN:H. P Hambatan PolarisasiL. K. Laju KorosiPot 1a AlMgSi asliPot 1b AlMgSi hasil rekoveriPot 2a AlMgSi asliPot 2b : AlMgSi hasil rekoveriPot 3a : AlMgSi asliPot 3b : AlMgSi hasil rekoveriPot 1a; Pot 1b; Pot 2a; Pot 2b: dipoles aluminaPot 3a; Pot 3b : tanpa dipoles alumina

Gambar 5. Kurva Potensiodinamik Pot 3a danPot 3b

Gambar 4. Kurva Potensiodinamik Pot 2a danPot 2b

)r

.~

I ( C~/CM ..••.2)

J....Ll~2

10

,~3

1:)

HASILDAN PEMBAHASAN

Dari Tabel 1, menunjukkan potensial kor­osi antara - 315 mV sampai - 553 mY. Padasetiap percobaan teIjadi penurunan pH yaituFat 1a : 5,06 ; pot 2a : 6,57 ; pot 3a : 4,04

Pot 1b : 4,87 ; pot 2b : 6,04 ; pot 3b : 3,64dan terjadi gelembung gas pada permukaancuplikan, disamping itu teramati 2 lapisanyang 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 gejalaberbeda. 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 = -100mV lepositip diikuti perubahan arus. Dari Tabel1 ditunjukkan rapat arus korosi = 0,15 amp/cm2dan hambatan polarisasi 142,24 kohm/cm2 un­tuk AlMgSi asli. Sedang AIMgSi hasil rekoverirapat arus korosinya = 0,25 amp/cm2. Tentu sajaAIMgSihasil rekoveri laju korosinya lebih besar0,11 mpt dibandingkan 0,06 mpt dari AlMgSiasli.

Dari Gambar 4,pada pH = 7,00 pot 2a danpot 2b menunjukkan gejala yang sama yaituperubahan potensial di atas potensial korosinyaE = - 382mV dan E = - 438mVdiikuti perubahanarus yang naik. Pada AIMgSi asH, rapat aruskorosinya 0,2Amp/cm2 dan hambatan polarisasi701,8 kohm/cm2, sedang AlMgSi hasil rekoveri

478

Proceedings Seminar Reakror Nuklir dalam Penelitian Sainsdon, 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 kecildibandingkan dengan AlMgSi asli, maka lajukorosinya akan lebih besar dan ditunjukkan0,21 mpt dibandingkan 0,089mpt untukAlMgSiasli.

Pada Gambar 5,kurva potensiodinamik pa­da pH = 5,38 untuk cuplikan yang tidak dipolesdengan alumina yaitu Pot 3a dan Pot 3b, mem­beri informasi bahwa kelakuan korosinya tidakterlalu berbeda. Diperoleh rapat arus korosi =1,35 Amp/cm2 dan hambatan polarisasi 59,39kohm/cm2untukAIMgSi asli dan untukAlMgSihasil rekoveri rapat arus korosinya 6,75Amp/cm2 dam hambatan polarisasi 17,28kohm/cm2.Dan laju korosinya pada AIMgSiha­sil rekoveri lebih besar dibandingkan laju korosiAIMgSi asli yaitu 2,85 mpt dan 0,55 mpt.

Gejala pasivasi dan transpasivasi di atasdapat dijelaskan melalui program POURBAIX[7], dan hasil penelitian WURYANTO[5] dandidukung 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 oksidaMg dan lapisan putih adalah oksida aluminium,kemungkinan reaksi oksidasi yang teIjadi ada­lah:

2 Mg + 2 H20 , 2 MgO + 2 H22 Al + 6 H20 , 2 AI(OH)3+ 3H2

Pada akhir percobaan teramati lapisan hitamyang ditutupi lapisan putih, lapisan tersebut

DAFfAR PUSTAKA

Bandung, 8 -10 Okrober 1£'91PPTN - BATAN

yang menjadikan hambatan terhadap laju ko­rosl.

Laju korosi AlMgSi hasil rekoveri lebih be­sar dibandingkan dengan AlMgSi asli menun­jukkan strukturnya berbeda. Hal ini telahdibuktikan oleh SYAHBUDIN[4].

KESIMPULAN

Kelakuan korosi AlMgSi hasil rekoveri pa­da pH = 5,38 berbeda dengan AIMgSiasli. Gejalapasivasi teramati pada AIMgSi pada daerah po­tensial E = - 100 mV sampai E = + 500 mV diatas potensial + 500 mV teramati gejala trans­pasivasi. Sedang pada pH = 7,00 menunjukk;:lnkelakuan korosiyang sarna. Perlakuan cuplik"lnmempengaruhi kelakuan dan laju korosinya,tanpa pemolesan dengan alumina menunjuk­kan laju korosi lebih besar dibandingkan yangdipoles dengan alumina. Secara garis besar lajukorosi AIMgSi hasil rekoveri labih besardibandingkan dengan AIMgSi asli yaitu antara(0,11 - 2,85) mpt terhadap (0,06 - 0,55) mpt.Teknik poten- siodinamik dapat digunak"lnuntuk menentu- kan laju korosi AIMgSi hasilrekoveri.

UCAPANTERIMAKASIH

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 ataspemberian cuplikan AlMgSi asli. Kepada Sdr.Ir. Heru Suprapto beserta staf bengkel PPNR,at as pembuatan cuplikan sesuai yang kamiinginkan.

Kepada Bapak Prof. DR. Marsongkoha.diselaku kepala PPSM atas pemberian dukungandan ijin dalam kami membimbing tugas akhirS-l dari Sdr. S.A. Sartono FMIPA-UI.

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, Cor-rosion 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 8ainsdun Tekrwlogi Menuju Era Tinggal Lundas

Bundung, 8- 10Oktober 1991PPTN - BATAN

Ei. Wuryanto, Uji coba dan unjuk kerja "Software 342 C-DC Corrosion Measurment" dalamrangka 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, Scientificpaper of the institute of physical and chemical research, Vol. 84, P. 3-8 (1990).

480