Thursday, August 18, 2011

Phase Identification and Microstructure of Ni-Ti-Cu and Ni35Ti50Cu10X5 (X= Fe, Sn, Cr, Nb, Co, Mo) Shape Memory Alloys

Proceeding of The 12th International Conference On QiR (Quality in Research), Bali 4-7 July 2011

Efendi Mabruria), Bambang Sriyonoa), Bintang Adjiantoroa), DN.Adnyanab)

a)Research Center for Metallurgy-Indonesian Institute of Sciences (LIPI),

Kawasan Puspiptek Gd. 470 Serpong, Tangerang 15314,Indonesia

Email: effe004@lipi.go.id

b)Agency of Technology Application and Assesment (BPPT),

Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang 15314,Indonesia



ABSTRACT

This paper reports the influence of Ni/Ti ratio in Ni-Ti-Cu alloys and of the addition of fourth elements (X) in the Ni35Ti50Cu10X5 (X= Fe, Sn, Cr, Nb, Co, Mo) quarternary alloys on the phases formed and microstructure of the respective alloy. The experimetal results showed that the larger Ni/Ti ratio in Ni-Ti-Cu alloys, the larger fraction of Ti0.4Ni0.565Cu0.035 precipitate phase and the lower workability of the alloys. The fourth element added into the Ni-Ti-Cu alloys modified the room temperature phases presented in the alloys by different ways, i.e. by deppressing both B19’(NiTi) and B19’(TiNi0.8Cu0.2) phases (for X=Fe, Co, Nb), by revealing precipitate phases (for X=Sn and Cr) and by deppressing B19’ (TiNi0.8Cu0.2) phases (for X=Mo).

Keywords: shape memory allloys, nickel-titanium-copper, quarternary alloys, phase identification, microstructure.

1. INTRODUCTION

Shape memory alloys (SMA) have the ability to recover plastic strain and restore the alloys to the original shape upon heating, which corresponds to the martensitic thermoelastic transformation. This shape memory effect (SME) can be used for coupling, electrical connecting and actuation. To date, Ni-Ti SMA is found in widespread application in engineering and medical devices application [1,2]. Nickel-titanium (Ni-Ti) is the most potential shape memory alloys for industrial applications compared to Cu-based and Fe-based alloys due to higher recoverable strain, excellent corrosion resistance and stable transformation temperature. The important martensitic transformation in Ni-Ti Shape Memory Alloys is B2«B19’ where B2 phase is high temperature cubic structure and B19’ is low temperature monoclinic structure. However, intermediate structure frequently exists accompanying the B2«B19’ transformation especially in ternary alloys, e.g. B2«B19«B19’ in Ti-Ni-Cu and Ti-Ni-Pd alloys [3-5] and B2«R«B19’ in Ti-Ni-Fe, Ti-Ni-Al and Ti-Ni-Co [6,7] where B19 is intermediate orthorhombic structure and R is intermediate rhombohedral structure.

The addition of Cu into the binary Ni-Ti shape memory alloys to substitute Ni has been shown to reduce the sensitivity of the transformation temperature and to lead a narrow its transformation temperature hysteresis. Therefore, Ni-Ti-Cu alloys are the most atractive shape memory alloys for actuator application due to quick actuation response as a consequence of its small temperature hysteresis and due to its superior fatigue property. However, nowadays the reseachers are currently investigating the addition of fourth elements into the Ni-Ti-Cu alloy in order to increase the shape memory effect (SME) and to improve workability of the alloy.

Since the shape memory effect and the workability of SMA alloys strongly depend on the microstructure of the alloys, it is necessary to control the phases formed in the alloys. There have been many investigation regarding the Ti-Ni-Cu [8-11] and Ti-Ni-Cu-X [12-16] shape memory alloys, focusing on phase transformation behaviour, mechanical properties and shape memory characteristics. However, lack information are found on the role of Ni/Ti ratio on the microstructure of NI-Ti-Cu alloys. Furthermore, the investigation on Ti-Ni-Cu-X alloys are mostly focusing on the small addition of X (~2 At.%) in the alloys. Therefore, this paper presents the investigation on the influence of Ni/Ti ratio on the microstructure of Ni-Ti-Cu alloys and the influence of fourth element in Ni-Ti-Cu-X (where X= Fe, Sn, Cr, Nb, Co, Mo) alloys with respect to the phases formed in the respective alloy.

FABRIKASI KAWAT SHAPE MEMORY ALLOY Ni-Ti SKALA LABORATORIUM

Prosiding Seminar Material Metalurgi, Serpong 13 Oktober 2010

Efendi Mabruri1), Bambang Sriyono1), Bintang Adjiantoro1), D.N.Adnyana2)



1)Pusat Penelitian Metalurgi-LIPI, Kawasan Puspiptek Gd. 470 Serpong, Tangerang 15314,Indonesia Email: efendi_lipi@yahoo.com

2)Balai Besar Teknologi Kekuatan dan Struktur-BPPT, Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang 15314,Indonesia


Abstrak

Shape memory alloy (SMA) memiliki kemampuan untuk merekoveri regangan plastis dan kembali ke bentuk awal pada saat dipanaskan. Dengan karakteristik shape memory effect (SME) seperti ini SMA dapat dimanfaatkan sebagai coupling (penyambung), konektor listrik dan aktuator. Shape memory alloy yang paling potensial dan memungkinkan untuk berbagai aplikasi di industri adalah paduan Ni-Ti karena memiliki keuletan yang lebih besar, regangan rekoveri lebih besar, ketahanan korosi yang ekselen, suhu transformasi yang stabil, biokompatibilitas yang tinggi dan dapat dipanaskan secara elektrik untuk rekoveri bentuk [Waran, 1993]. Sampai saat ini aplikasi paduan shape memory Ni-Ti telah menyebar di berbagai bidang seperti peralatan rumah tangga, teknik sipil, otomotif, mikro elektro-mekanik (MEM), peralatan medis dan lain-lain. Tulisan ini memaparkan kegiatan fabrikasi (reverse engineering) skala laboratorium kawat paduan shape memory Ni-Ti ekuiatomik dan karakterisasinya sebagai langkah awal dalam kegiatan pengembangan shape memory alloy di Indonesia. Kawat shape memory Ni-Ti yang dihasilkan pada kegiatan ini memiliki karakteristik shape memory yang sesuai dengan NiTi komersial.

Kata kunci: fabrikasi, laboratorium, shape memory alloys, kawat nikel-titanium.



Abstract

Shape memory alloys (SMA) have the ability to recover plastic strain and restore the alloys to the original shape upon heating. This shape memory effect (SME) can be used for coupling, electrical connecting and actuation. Nickel-titanium (Ni-Ti) is the most potential shape memory alloys for industrial applications due to its greater ductility, more recoverable strain, excellent corrosion resistance, stable transformation temperature, high biocompatibility, and the ability to be electrically heated for shape recovery [Waram, 1993]. To date, Ni-Ti SMA are found in widespread application such as home appliances, civil engineering, automotives, micro-electro mechanics (MEM), medical devices, and so on. This paper reports the fabrication and characterization of Ni-Ti shape memory wires in a laboratory-scale as the first step in the development of shape memory alloys in Indonesia. The Ni-Ti shape memory wires resulted from this work have the shape memory characteristics similar with those of the commercial Ni-Ti alloys.

Keywords: fabrication, laboratory, shape memory alloys, nickel-titanium wires.


Pendahuluan

Shape memory alloy (SMA) merupakan material cerdik-fungsi (smart dan functional) yang mempunyai kemampuan untuk merekoveri regangan plastis dan kembali ke bentuk awal pada saat dipanaskan. Fenomena ini merupakan hasil dari perubahan fasa kristalin yang dikenal dengan transformasi martenisitik thermoelastik [1-3]. Pada suhu rendah atau di bawah suhu transformasi, SMA memiliki fasa martensitik yang lunak dan dapat dideformasi plastis dengan mudah sehingga bentuknya berubah. Akan tetapi pada saat dipanaskan di atas suhu transformasi, dalam hal ini suhu terbentuknya austenit sampai 100% (Af), SMA mengalami perubahan struktur kristal menjadi fasa austenitik yang menyebabkan ia kembali ke bentuk semula sebelum dideformasi plastis. Sifat seperti ini dikenal dengan shape memory effect (SME).

Ada beberapa jenis paduan yang menunjukkan fenomena SME seperti paduan NiTi, Cu-based dan Fe-based alloy. Paduan Cu-based masih mempunyai masalah untuk skala aplikasi industri, yaitu terjadinya natural aging yang menyebabkan penurunan fenomena SME, dan pertumbuhan butir selama perlakukan termomekanik yang menyebabkan pergeseran suhu transformasi martensit termoelastik [4]. Shape memory alloy yang paling penting dan memungkinkan untuk aplikasi di industri adalah paduan NiTi. Paduan NiTi dapat dideformasi plastis sampai lebih dari 50% regangan, memiliki SME yang stabil dan NiTi dapat merekover bentuk awal (sampai regangan 8%) pada waktu dipanaskan di atas suhu trasformasi atau dapat menghasilkan tegangan restorasi yang tinggi (sampai 700 Mpa) [4-6].

Para peneliti, pendisain dan industri memanfaatkan potensi SME ini untuk aplikasi teknik. Pada awalnya SMA digunakan untuk peralatan statik seperti coupling (penyambung) untuk sistem perpipaan dan konektor listrik. Kemudian para peneliti mulai memanfaatkan peralatan SMA untuk aplikasi dinamik, yaitu sebagai aktuator. Untuk melakukan tugas dinamik ini, SMA harus dilakukan sebuah siklus pemanasan, pendinginan dan deformasi. Sumber untuk memanaskan SMA bisa berasal dari elektrik misalnya dalam aplikasi mikro robotik atau bisa dengan memanfaatkan suhu lingkungan seperti untuk aplikasi sistem pengaturan suhu. Beberapa contoh lain aplikasi yang menggunakan suhu lingkungan adalah misalnya peralatan SMA digunakan untuk membuka dan menutup jendela rumah kaca secara otomatis, mengoperasikan katup yang mengontrol suhu gedung, mengontrol kopling kipas pada otomobil dan mengontrol aliran oli pelumas pada sistem transmisi otomotif otomatik. Pada kelompok aplikasi ini peralatan SMA bertindak sebagai sensor termal dan aktuator, tidak ada sumber elektrik yang dibutuhkan pada sistem tersebut. Kemudian sebagai bagian dari mekanisme siklus SME, dibutuhkan gaya balik (bias force) dengan arah berlawanan untuk mengembalikan SMA ke posisi semula.

Penggunaan aktuator SMA memberikan alternatif yang menarik terhadap metoda aktuasi konvensional. Aktuator SMA telah diaplikasikan dengan sukses untuk kompensasi termal, aktuasi termal dan proteksi termal. Aktuator SMA merespon perubahan suhu dengan perubahan bentuk dengan kata lain dapat merubah energi panas menjadi energi mekanik. Aktuator SMA memberikan perubahan gerakan yang besar dengan ukuran yang relatif kecil sehingga menghasilkan output kerja yang tinggi. Dibandingkan dengan jenis-jenis aktuator lain (bi-metal, elektromagnet, PZT dan lain-lain), aktuator dari SMA memberikan output kerja spesifik/volume yang paling tinggi seperti ditunjukkan oleh Gambar 1. Aktuator SMA biasanya terdiri dari hanya satu komponen tunggal, misalnya dalam bentuk pegas spiral dan tidak membutuhkan sistem mekanik yang rumit. Aktuator SMA dapat dipasangkan pas ke dalam ruang di dalam desain yang telah ada dengan rapat, sedangkan aktuator termal yang lain seperti bimetal akan membutuhkan desain ulang dari produk.


Gambar 1. Perbandingan output kerja spesifik/volume dari jenis-jenis aktuator yang berbeda [2].

SMA sebagai material cerdik-fungsi mendapat perhatian yang besar baik dari sisi perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi maupun dari sisi aplikasi industri. Sampai saat ini aplikasi SMA khususnya NiTi telah menyebar di berbagai bidang seperti ruang peralatan rumah tangga, teknik sipil, otomotif, mikro elektro-mekanik (MEM), peralatan medis dan lain-lain. Penguasaan teknologi pembuatan SMA sangat diperlukan dalam pembangunan nasional dalam kaitannya dengan usaha kemandirian bangsa dalam bidang teknologi material maju di berbagai industri yang disebutkan di atas. Tulisan ini memaparkan kegiatan fabrikasi (reverse engineering) dan karakterisasi kawat paduan shape memory Ni-Ti ekuiatomik sebagai langkah awal dalam kegiatan pengembangan shape memory alloy khususnya paduan yang berbasis Ni-Ti di Indonesia.

Wednesday, January 27, 2010

MICROSTRUCTURAL OBSERVATION ON THE γ’ PRECIPITATION AND GROWTH IN TANTALLUM CONTAINING NICKEL BASED SUPERALLOYS

Efendi Mabruri

Pusat Penelitian Metalurgi-LIPI
Kawasan Puspiptek Gd.470, Serpong 15314, Tlp. 021-7560991, Fax.021-7560553
Email: efendi_lipi@yahoo.com, Web: http: //efendimbr.wordpress.com

ABSTRACT

Superalloy of IN 718- the Ni-Cr-Fe based superalloys with Nb as one of the main strengthening elements- has been widely used in tubine gas components operating at medium temperature range (up to 650oC) because of its excellent mechanical properties, good workability and weldability and low cost. However, precipitation of incoherent  phase after long exposure limits the application temperature of the superalloys under 650oC. Our work is concerning to develop new γ’-strengthened alloys precipitation phase inherently has higher thermal stability than γ’’ γ’ phase precipitate phase. . This paper reports the preliminary results on the effect of Ta -the potent alloying element- on precipitation and coarsening of γ’ phase of Ni-Al-Ta ternary alloy as the basic system in superalloys. Experimental results show that the alloy containing Ta revealed the cuboidal γ’ precipitates after aging treatment. The increasing of Ta/Al ratio of the from 0.14 in the alloy 1 to 0.42 in the alloy 2 leads the increasing of γ’ precipitate size. The splitting phenomenon is observed on the aloy 2 after solutionizing at 1100oC for 3 h and subsequent aging at 750oC for 20 h.,

Keywords: tantallum, 718, superalloys, γ’ phase, microstructure


I. INTRODUCTION

Superalloy of IN 718- the Ni-Cr-Fe based superalloys with Nb as one of the main strengthening elements- has been widely used in tubine gas components operating at medium temperature range (up to 650oC) because of its excellent mechanical properties, good workability and weldability and low cost [1]. It is strengthened mainly by precipitation hardening of Ni3(Nb,Ti) γ’’ and Ni3(Al,Ti,Nb) γ’ phases which produce the coherency strains in the γ matrix [2]. The ordered metastable γ’’ which nucleates and coarsens on the is thermodynamically unstable at high temperature over than 650oC and transforms into the incoherent  phase after long exposure. This transformation deteriorates the mechanical properties and limits the application temperature of the superalloys under 650oC. This limitation defines the opportunity to design a new alloys, an improved 718 superalloys.. The improved superalloys should have higher thermal stability over than 650oC with comparable mechanical properties and lower production costs. There are two approaches to achieve this work. The first approach is to increase the strengthening effect and thermal stability of γ’’ phase in a predominantly γ’’ phase strengthening alloys. The second is to develop improved γ’phase strengthening alloys having better processing characteristics, better mechanical properties and lower cost. Our work is concerning to develop the new alloys based on the latter approach because the γ’ precipitate phase inherently has higher thermal stability than γ’’ precipitate phase. The characteristics of precipitate phases are strongly related to the chemical composition of the alloys, therefore it is important to look closely on the influence of the alloying elements that contributes the formation of the phase. This paper reports the preliminary results on the effect of Ta -the potent alloying element- on precipitation and coarsening of γ’ phase of Ni-Al-Ta ternary alloy as the basic system in superalloys.

Tuesday, June 30, 2009

Pengaruh Ruthenium Pada Struktur Mikro Aging Superalloy Berbasis Nikel

Jurnal Sain Materi Indonesia
Indonesian Journal of Materials Science
Edisi Khusus Desember 2008


Efendi Mabruri
Pusat Penelitian Metalurgi-LIPI
Kawasan Puspiptek Gd. 470 Serpong, Tangerang 15314
Email: efendi_lipi@yahoo.com


Abstrak.Pengaruh Ruthenium Pada Struktur Mikro Aging Superalloy Berbasis Nikel.Telah dilakukan penelitian pengaruh Ruthenium (Ru) terhadap struktur mikro superalloy berbasis nikel pada suhu aging 1324 K. Pengamatan struktur mikro dilakukan dengan menggunakan SEM.Hasil percobaan menunjukkan bahwa fasa ’ memiliki bentuk kuboid yang lebih tajam dengan ukuran yang lebih kecil pada superalloy yang ditambahkan unsur Ru. Penambahan 6% mol Ru pada superalloy menyebabkan adanya presipitasi fasa ketiga yang teridentifikasi sebagai intermetalik berbasis RuAl berdasarkan analisa komposisi kimia dengan EDX. Selain itu ditunjukkan bahwa baik pada superalloy yang mengandung Ru dan maupun yang tidak mengandung Ru, kinetika pembesaran fasa ’ dikontrol oleh proses difusi dan Ru tidak mempunyai pengaruh terhadap konstanta kecepatan pembesaran fasa ’. Hasil ini dijelaskan dengan mempertimbangkan bahwa Ru meningkatkan energi antarmuka tetapi menurunkan difusi Re sebagai unsur pengontrol kecepatan pembesaran fasa ’.

Kata Kunci: struktur mikro, fasa ’, fasa ketiga, rutenium, nikel, superalloy, rutenium aluminida.

Abstract. Ruthenium Effect on Aging microstructure of Nickel based Superalloys. The effect of Ruthenium on the microstructure of nickel based superalloys has been investigated at aging temperature of 1324 K. The microstructural observation by using SEM showed that the aged microstructures revealed the cuboidal ’ precipitates for all alloys. As Ru content increased in the alloys, the ’ was more cuboid and its sizes appeared to slightly decreased. The third phase precipitated in the alloy containing Ru content of 6 mol% and it was considered to be the RuAl based intermetallic compound according to EDX measurement. In addition, it was clear that the coarsening kinetics of the ’ phase in both Ru-free and Ru-containing superalloys were controlled by diffusion and Ru was found to have no effect on the rate constant of the ’ phase coarsening.The result was explained by considering the balancing effect of Ru to increase slightly the interfacial energy between  and ’ phases and to decrease slightly the diffusivity of the rate controlling element Re.

Keywords: microstructure, ’ phase, third phase, ruthenium, nickel, superalloys, ruthenium aluminide.


1. Pendahuluan
Superalloy berbasis nikel banyak digunakan di dalam mesin pesawat terbang dan turbin gas pembangkit listrik sebagai material turbin blade karena memiliki kemampuan untuk mempertahankan kekuatan struktur (creep, fatigue) dan kestabilan permukaan (oksidasi, korosi) pada suhu tinggi. Paduan logam ini diperkuat oleh larutan padat fasa matrik dan oleh presipitasi fasa ’ berbasis Ni3Al. Perkembangan yang sangat berarti dalam peningkatan kemampuan paduan ini pada suhu tinggi adalah sejak dimasukannya unsur-unsur refraktori terutama Tungsten (W) dan Rhenium (Re) sebagai unsur paduan [1-4]. Akan tetapi, kandungan unsur-unsur refraktori yang tinggi di dalam paduan akan meningkatkan ketidakhomogenan kimia karena segregasi mikro unsur-unsur ini di dalam inti dendrit selama proses pengecoran dan meningkatkan kecenderungan terjadinya fasa TCP (Topologically Closed Pack) yang merugikan pada suhu operasi [4-7]. Perkembangan terakhir melaporkan bahwa Ruthenium (Ru) merupakan unsur potensial yang dapat menekan terbentuknya fasa TCP pada suhu tinggi dan meningkatkan kekuatan creep [8-10]. Ada beberapa kemungkinan yang menyebabkan Ru mempunyai pengaruh yang positif pada paduan ini misalnya Ru menurunkan tingkat segregasi unsur-unsur refraktori [6], meningkatkan kelarutan Re dalam Ni[11], dan merubah rasio partisi unsur-unsur refraktori terutama Re diantara fasa  dan ’[10]. Akan tetapi, kemungkinan terakhir masih merupakan masalah yang diperdebatkan akhir-akhir ini karena adanya perbedaan hasil yang ditunjukkan oleh para peneliti [10,12-13].
Sehubungan dengan pentingnya Ru pada pengembangan superalloy berbasis nikel, beberapa penelitian yang intensif bermunculan berkaitan dengan karakteristik pemaduan unsur Ru [8-10,12-19].Tulisan ini melaporkan pengaruh Ru terhadap struktur mikro dan evolusinya pada suhu tinggi pada superalloy berbasis nikel berdasarkan hasil eksperimen.


(Makalah lengkap ada di Jurnal Sain Materi Edisi Khusus Desember 2008)

Thursday, June 25, 2009

Diffusion of Re and Ru in the γ′ Phase of Ni Based Alloys

Materials Transactions, Vol. 49, No. 6 (2008) pp. 1441 to 1445
(c)2008 The Japan Institute of Metals

Efendi Mabruri1;*1,*2, Shingo Sakurai1;*1, Yoshinori
Toshiyuki Koyama2 and Masahiko Morinaga1
1Department of Materials, Physics and Energy Engineering, Graduate
Nagoya University, Nagoya 464-8603, Japan
2National Institute for Materials Science, Tsukuba 305-0047, Japan
Materials Transactions, Vol. 49, No. 6 (2008) pp. 1441 to 1445
#2008 The Japan Institute of Metals


The diffusion of Re and Ru in the γ`-Ni3Al phase has been investigated at a range of temperatures 1423-1523 K by using the pseudo-binary diffusion couples. It was found that the concentration gradient of Re appeared to promote the uphill diffusion of Al, whereas that of Ru did not promote the Al uphill diffusion. The cross interdiffusion coefficients were independent of the matrix ordering since they were comparable qualitatively between those in the γ’-Ni3Al and in the γ-Ni phases. The tracer diffusion coefficients for Re and Ru in Ni3Al were estimated by extrapolation and the obtained activation energies were consistent with the site preferences of the elements reported in the literature. Further, the results of this work suggest that the diffusion of Ru in Ni3Al is mostly governed by the diffusion in Ni sublattice and the diffusion of Re is mainly controlled by the formation of anti-site defects in the Ni sublattice with negligible contribution of the anti-site bridge mechanism [doi:10.2320/matertrans.MRA2007632]

Monday, June 15, 2009

Pelapisan Nano-Komposit Hydroxyapatite/Chitosan Pada SS 316 L dan Ti-6Al-4V Sebagai Material untuk Prostetik yang Biokompatibel, Murah dan Kuat

Oleh: efendi Mabruri

Prostetik ortopedik yang menahan beban (load bearing implant) biasanya menggunakan material logam karena mempunyai kekuatan yang memadai. Baja tahan karat austenitik SS 316 L dan Ti-6Al-4V merupakan logam yang umum digunakan karena harganya yang relatif murah dan tahan korosi. Akan tetapi dalam lingkungan fisiologi logam ini terdegradasi dan mengeluarkan ion-ion ke dalam aliran darah yang berpotensi racun. Oleh karena itu permukaan SS316L dan Ti-6Al-4V perlu dilapis oleh material lain untuk menghalangi pelarutan ion-ion nya dan untuk meningkatkan biokompatibilitasnya. Hydroxyapatite (HA) merupakan biokeramik yang mempunyai komposisi kimia yang sama dengan mineral utama tulang dan memiliki biokompatibilitas, bioaktifitas dan osteokonduktivitas yang ekselen. HA dapat dilapiskan pada permukaan prostetik logam untuk meningkatkan biokompatibilitasnya. Metoda yang saat ini digunakan untuk mendeposisikan hydoxyapatite adalah dengan plasma spraying. Akan tetapi karena suhu yang sangat tinggi yang terjadi selama proses plasma spraying, lapisan yang dihasilkan tidak memiliki komposisi kimia yang tepat. Selain itu, lapisan yang dihasilkan dengan proses ini cukup tebal sehingga kekuatan adhesinya kurang bagus. Deposisi elektroforesis merupakan metoda yang murah dan dapat menghasilkan lapisan dengan komposisi yang tepat, kekuatan adhesi yang bagus dan ketebalan yang bervariasi dari 1-500 mikro meter. Metoda ini menggunakan arus listrik untuk mendeposisikan partikel bermuatan dari suspensi didalam cairan ke permukaan substrat yang bertindak sebagai elektroda. Permasalahan pada deposisi elektroforesis ini terletak pada proses sintering setelah pelapisan yang dapat menyebabkan penyusutan, rekasi kimia pada antarmuka HA-logam dan dekomposisi HA serta degradasi substrat logam. Beberapa cara untuk menurunkan suhu sintering ini adalah dengan memperluas permukaan partikel HA yaitu dengan memperhalus partikel sampai ukuran submikron/nano dan dengan penambhan chitosan ke dalam hydroxyapatite membentuk nano-komposit. Penggunaan chitosan dapat membentuk lapisan komposit yang memiliki adhesi yang kuat pada suhu kamar. Chitosan merupakan polimer alam yang biodegradabel, non-toksik, anti-bakteri dan biokompatibel. Pada kegiatan ini akan dikembangkan pelapisan nano-komposit hydroxyapatite/chitosan pada suhu kamar pada baja SS 316L dan Ti-6Al-4V dengan metoda deposisi elektroforesis untuk mendapatkan lapisan yang memiliki komposisi kimia yang stoikiometrik, homogen dan kekuatan adhesi yang tinggi.

PENGEMBANGAN TITANIUM STRUKTUR NANO DENGAN DEFORMASI SANGAT PLASTIS

Oleh: Efendi Mabruri

Titanium merupakan logam yang banyak digunakan di berbagai aplikasi struktur. Dalam aplikasi medis Titanium merupakan logam yang paling cocok dibandingkan logam lainnya karena memiliki bio-kompatibilitas yang tingi, tahan korosi dan tahan terhadap jaringan dan cairan tubuh. Untuk meningkatkan kekuatan mekanik logam Ti murni agar memiliki rasio kekuatan/berat yang tinggi (ringan tapi kuat) teknik yang paling memadai adalah dengan cara penghalusan butir. Teknologi material saat ini memungkinkan untuk penghalusan butir sampai ke tingkat ukuran nano meter untuk memaksimalkan efek penguatan pada meterial. Metoda yang paling banyak mendapat perhatian adalah teknik deformasi sangat plastis menggunakan Equal Channel Angular Pressing (ECAP) karena menghasilkan material struktur nano yang bebas porositas dan 100% padat dengan ukuran benda kerja yang relatif cukup besar untuk aplikasi struktur komersial.
Tujuan khusus dari kegiatan ini adalah untuk meningkatkan sifat mekanik Titanium murni dengan penghalusan butiran sampai tingkat ukuran nano dengan Equal Channel Angular Pressing (ECAP). Sedangkan tujuan umumnya adalah dengan kegiatan penelitian ini diharapkan dapat dikuasainya teknologi pemrosesan material struktur nano dengan teknik deformasi sangat plastis (severe plastic deformation). Pengaruh beberapa parameter seperti sudut cetakan ECAP, kecepatan regang, siklus deformasi dan temperatur terhadap pembentukan struktur/butiran nano akan dipelajari dan dilakukan optimasinya. Target atau sasaran dari optimasi parameter percobaan adalah diperolehnya butiran Titanium dengan rata-rata ukuran < 100 nm. Karakterisasi struktur hasil ECAP dilakukan dengan menggunakan mikroskop optik/SEM/TEM dan XRD. Kegiatan penelitian ini akan menghasilkan keluaran berupa publikasi ilmiah, prototipe logam Titanium struktur nano, laporan teknis dan potensi untuk penulisan paten