SINTESIS PADUAN ALUMINIUM FERO NIKEL SEBAGAI BAHAN STRUKTUR CLADDING ELEMEN BAKAR NUKLIR

Sari

ABSTRAK

SINTESIS PADUAN ALUMINIUM FERO NIKEL SEBAGAI BAHAN STRUKTUR CLADDING ELEMEN BAKAR NUKLIR. Pengkajian paduan  logam berbasis aluminium ini dilakukan untuk pengembangan cladding bahan bakar densitas tinggi reaktor riset. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui struktur fasa, sifat kekerasan, sifat termal dan laju korosi bahan struktur cladding setelah perlakuan panas. Paduan AlFeNi hasil sintesis dengan kadar 1%Fe dan 1%Ni dikenai pemanasan pada temperatur 500 ^oC. Pemanasan pada temperatur tersebut dapat berdampak terhadap struktur fasa, kekerasan dan  sifat termal.  Paduan AlFeNi hasil perlakuan panas dilakukan proses deformasi termo-mekanik dengan perolan panas. Selain itu, paduan AlFeNi hasil perlakuan panas dikenai proses uji korosi menggunakan autoclave pada temperatur 75^oC, 125^oC dan 175^oC dengan variasi waktu 216 jam, 432 jam dan 648 jam. Analisis struktur fasa dilakukan berdasarkan pola difraksi sinar x. Pengukuran kekerasan paduan AlFeNi dilakukan dengan menggunakan metoda Vicker. Kapasitas panas diukur menggunakan differential scanning calorimetry,DSC. Pengamatan mikrostruktur dilakukan dengan  metalografik-optikal dan SEM. Analisis unsur senyawa fasa diamati dengan EDS. Laju korosi dianalis secara metoda gravimetri. Hasil analis pola difraksi menunjukkan hanya terjadi pembentukan satu buah fasa pada temperatur  500^oC. Pola difraksi sinar x memperlihatkan kecenderungan pembentukan fasa q (FeAl₃) pada temperatur 500^oC.Hasil pengukuran sifat kekerasan menunjukkan paduan AlFeNi  pada pemanasan 500 ^oC sebesar 45 HV dan setelah mengalami deformasi termo-mekanik meningkat menjadi 51 HV. Hasil analisis kapasitas panas menunjukan nilai kapasitas panas paduan AlFeNi  cenderung relatif stabil hingga temperatur 450^oC. Hasil pengamatan metalografik-optikal memperlihatkan mikrostruktur paduan AlFeNi cenderung berbentuk struktur butir granular. Hasil pengamatan dengan SEM memperlihatkan mikrostruktur butir  mengalami pertumbuhan terutama pada daerah batas butir. Pertumbuhan pada daerah batas butir tersebut diidentifikasi sebagai pembentukan senyawa fasa Ө (FeAl₃). Paduan AlFeNi cenderung lebih tahan terhadap pengaruh panas dan memungkinkan sifat termal paduan AlFeNi relatif stabil. Laju korosi cenderung meningkat pada temperatur relatif tinggi pada 175^oC setelah waktu 400 jam.

Kata kunci: Sintesis, Paduan AlFeNi, Bahan struktur, Cladding, Elemen bakar nuklir

Abstract

SYNTHESIS OF ALUMINUM FERRO NICKEL ALLOYS AS CLADDING STRUCTURE MATERIAL FOR NUCLEAR FUEL ELEMENT. Study of aluminum-based alloy was done for the development of high density fuel cladding for research reactor.  This research  aims to know the phase structure, the hardness and termal properties and corrosion rate of fuel cladding after heat-treatment. AlFeNi alloy of synthesis with 1%Fe and 1%Ni was subjected to heat-treatment at 500^oC. Mentioned temperatures heating will effect the phase structure, hardness and thermal. AlFeNi alloy of heat-treatment was carried out deformation process by hot rolling. In addition, AlFeNi alloy of heat-treatment was subjected to corrosion test by using autoclave at 75^oC, 125^oC and 175^oC with varying time of 216, 432 and 648 hours. The phase structure analysis was done based on x-ray diffraction pattern. The hardness of AlFeNi  alloy was measurumed  by using Vicker methode. Heat capacity  was measurumed by differential scanning calorimetry. The microstructure observation was performed by optical metallography and SEM. Phase compounds element Analysis was observed with EDS. Corrosion rate was analyzed with gravimetric method. Results of diffraction pattern analysis indicated  the formation of phase compound at 500 ^oC. X-ray diffraction pattern showed tendency of the formation of q (FeAl₃) phase  at 500^oC. The hardness measurement results of AlFeNi alloy with heating at 500 ^oC was about 45 HV and after hot-rolling deformation increased to 51 HV. Results of heat-capacity analysis showed tend to relative stable up to 450 ^oC. Optical metallographic observation result showed the microstructure tend to grain structure was granular formed. The observation by SEM shows the microstructure of grain growth especially at the grain boundary region. Growth in the grain boundary region has been identified as compound formation of Ө (FeAl₃) phase. AlFeNi alloys tend to be more resistant to heat effect and allow the thermal properties of AlFeNi alloys relatively stable. Corrosion rate tends to increase at a relatively high temperature at 175^oC after time 400 hours.

Keywords: Synthesis, AlFeNi alloy, Structure material, Cladding , Nuclear fuel element