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)