## ANALISIS KOROSI PADUAN ZIRLO-Mo DALAM MEDIA NaCl MENGGUNAKAN METODE POLARISASI
Maman Kartaman Ajiriyanto, Dian Anggraini, Rosika Kriswarini Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir – BATAN Kawasan Puspiptek Serpong Gd.20, Tangerang Selatan, Banten 15314 e-mail: makar@batan.go.id (Naskah diterima: 13 −09−2017, Naskah direvisi: 25−10−2017, Naskah Disetujui: 27−10−2017)

## ABSTRAK
ANALISIS  KOROSI  PADUAN  ZIRLO-Mo DALAM  MEDIA  NaCl  MENGGUNAKAN  METODE POLARISASI . Paduan  zirlo-Mo  merupakan  jenis  paduan  logam  zirkonium  yang  dapat dikembangkan menjadi  bahan  kelongsong  reaktor  pendingin  air  ringan.  Parameter  penting  yang harus  diketahui  sebagai  bahan  kelongsong  adalah  sifat  ketahanan  korosi.  Tujuan  penelitian  ini adalah  untuk  mengetahui  ketahanan  korosi  paduan  zirlo-Mo  dalam  media  NaCl  dengan  variasi konsentrasi 0,03; 0,3 dan 3 % dan dibandingkan dengan ketahanan korosi paduan zircaloy-2 dan zircaloy-4 pada  media  yang  sama.  Sampel  uji  dibuat  berbentuk  disk  kemudian  dimounting  dan dipreparasi  metalografi  meliputi  pengamplasan  menggunakan  kertas  SiC  dengan  ukuran  500 sampai 1200 grit secara bertahap. Laju korosi zirlo-Mo dianalisis menggunakan metode polarisasi menggunakan alat Potensiostat. Keunggulan metode tahanan polarisasi adalah waktu pengujian korosi  relatif  lebih  cepat  dibandingkan  dengan  metode  perubahan  berat,  selain  itu  metode  ini dapat menentukan laju korosi yang sangat rendah yaitu kurang dari 0,1 mpy. Pengujian lain yang dilakukan  untuk  mendukung  analisis  laju  korosi  adalah  pengujian  kekerasan  mikro  dengan Microhardness  Tester dan  pengamatan  mikrostruktur  mengunakan  Mikroskop  optik.  Hasil pengujian  menunjukkan  bahwa  paduan  zirlo-Mo,  zircaloy-2  dan  zircaloy-4  secara  keseluruhan memiliki  laju  korosi  sangat  rendah  yaitu  kurang  dari  1  mpy.  Laju  korosi  paduan  zircaloy-2  dan zircaloy-4 dan zirlo-Mo pada media NaCl 3 % berturut-turut adalah 0,006; 0,007 and 0,590 mpy. Laju korosi paduan zirlo-Mo adalah relatif paling tinggi, hal ini disebabkan karena paduan zirlo-Mo mempunyai  struktur lath  martensit atau  accicular  yang  memiliki  kekerasan  tinggi.  Struktur lath martensit dan kekerasan tinggi sangat rentan terhadap korosi. Nilai kekerasan paduan zircaloy-2, zircaloy-4  dan  zirlo-Mo  berturut-turut  adalah  194,79;  227,95  and  360,05  HV.  Adanya  larutan padat  Mo  dan  matrik  Zr- α  serta  struktur martensite atau accicula r  pada  paduan  zirlo-Mo mengakibatkan kekerasan paduan menjadi tinggi.
Kata kunci : laju korosi, tahanan polarisasi, paduan zirlo-Mo, mikrostruktur, kekerasan mikro
Urania Vol. 23 No. 3, Oktober 2017: 139 −204

## ABSTRACT
CORROSION ANALYSIS OF ZIRLO-Mo IN NaCl MEDIUM BY POLARIZATION METHOD .  Zirlo- Mo is a zirconium type of alloy, which is developed as cladding material for light water reactor. As cladding  material,  the  important  parameter  to  be  characterized  is  its  corrosion  resistance properties.  The  goal  of  this  research  is  to  study  the  corrosion  resistance  of  zirlo-Mo  in  NaCl medium with varied concentration of 0,03; 0,3; and 3 %, and compare it to the those of zircaloy-2 dan zircaloy-4 in the same medium. Samples were mounted into disk form and metallographically prepared,  i.e.  treatment  with  abrassive  paper  of  500  to  1200  grit  SiC.  The  analysis  of  zirlo-Mo corrosion  rate  was  performed  by  polarization  method  with  a  potentiostat.  The  advantage  of  this polarization  resistance  method  is  that  it  takes  shorter  testing  time  if  compared  to  weight  gain method,  and    it  can  be  applied  to  analysis  at  low  corrossion  rate  of  below  0,1  mpy.  Other  tests were  also  done  to  support  the  corrosion  rate  analysis  such  as  microhardness  test  with microhardness  tester  and  microstructure  examination  with  optical  microscope.  The  tests  results show that in general zirlo-Mo, zircaloy-2 and zircaloy-4 possess very low corrossion rate, i.e. below 1  mpy.  The  corrosion  rate  of  zircaloy-2,  zircaloy-4  and  zirlo-Mo  in  NaCl  3  %  medium  are    0,006; 0,007 and 0,590 mpy respectively. The corrosion rate of zirlo-Mo is relatively the highest due to its lath  martensit  or  accicular  structure,  which  has  high  hardness  value.  The  lath  martensit  structure and high hardness properties make zirlo-Mo  highly susceptible to corrosion. Hardness  test results show that the hardness value of zircaloy-2, zircaloy-4 and zirlo-Mo are 194,79; 227,95 and 360,05 HV  respectively.  The  existance  of  solid  solution  of  Mo  and  Zr- α  as  well  as  the  martensit  or accicular structure of zirlo-Mo result in high hardness value of the alloy.
Keywords : corrosion rate, polarization method, Zirlo-Mo alloy.
(Maman Kartaman Ajiriyanto, Dian Anggraini, Rosika Kriswarini)

## PENDAHULUAN
Paduan zirkonium telah banyak digunakan  sebagai  bahan  struktur  untuk bahan  bakar  nuklir  jenis Light  Water Reactor ,  (LWR), Pressurized  Water  Reactor (PWR)  dan    untuk Boiling  Water  Reactor (BWR).  Pemilihan  zirkonium  memenuhi persyaratan untuk digunakan sebagai kelongsong bahan bakar karena mempunyai serapan  neutron  rendah,  sifat  mekanik memadai  dan  ketahanan  korosi  relatif  baik pada  temperatur  tinggi[1].  Logam  zirkonum sangat  reaktif  dan  memiliki  potensial  bebas -1,53  Volt  terhadap  standar  hidrogen  (SHE) pada  temperatur  25  °C[2].  Selain  itu, zirkonium memiliki afinitas terhadap oksigen sangat  tinggi  sehingga  pada  lingkungan yang mengandung oksigen dapat membentuk  lapisan  pasif  yang  sangat protektif dan dapat melindungi dari serangan korosi  dan  mekanik.  Lapisan  tersebut  tahan hingga  temperatur  3500  °C.  Pada  reaktor jenis  LWR  dan  PWR, zircaloy digunakan sebagai  tabung  kelongsong  bahan  bakar nuklir  dengan  temperatur  kelongsong  349 °C, untuk BWR hingga temperatur 390 °C[3]. PWR  adalah  suatu  reaktor  pembangkit tenaga  listrik  yang  memiliki  bejana  tekan dengan tekanan hingga 16 Mpa. Temperatur inlet dan outlet pada  air  pendingin  adalah 290  °C  dan  325  °C.  Tekanan  tinggi  dari bejana  diatur  dengan pressurizer sehingga air  pendingin  dalam  reaktor  masih  dalam fasa cair atau tidak mendidih. Sementara itu, reaktor  tipe  BWR  hanya  memiliki  pendingin primer  dengan  tekanan  lebih  rendah  yaitu sekitar  7  MPa.  Pada  tekanan  tersebut  air pendingin  dapat  menguap  atau  mendidih dan  selanjutnya  uap  tersebut  digunakan sebagai  pengerak  turbin.  Temperatur inlet dan outlet reaktor  BWR  adalah  215  °C  dan 285  °C,  sehingga  paduan  zircaloy-4  yang dugunakan  harus  memiliki  sifat  mekanis, ketahanan  korosi  dan  neutronik  yang baik[4].  Zircaloy-4  yang  digunakan  sebagai bahan  kelongsong  selama  berada  dalam kondisi  operasi  reaktor  nuklir  berpotensi
mengalami  penurunan  sifat  mekanik  yang disebabkan  oleh  oksidasi  atau  korosi, penyerapan  hidrogen  dan  pengaruh  iradiasi neutron.  Upaya  yang  dilakukan  untuk meningkatkan  ketahanan  dan  integritas bahan  kelongsong  terus  dilakukan  guna mengantisipasi peningkatan burn up (derajat bahan  bakar)  selama  iradiasi  didalam reaktor.  Peningkatan  derajat  bakar  bahan bakar sampai 60000 MWD/TU dan temperatur operasi PWR yang tinggi menyebabkan lapisan oksida yang terbentuk sangat  tebal  sekitar  130  mikron  pada kelongsong zircaloy, sehingga harus dilakukan penggantian bahan bakar (refueling) sebelum  bahan  bakar  tersebut mencapai derajat bakar yang diinginkan[5].
Penelitian  terkait  karakterisasi  korosi untuk  bahan  kelongsong  sudah  banyak dilakukan  baik  sifat  korosi  berdasarkan perubahan  berat  menggunakan autoclave pada temperatur dan tekanan tinggi maupun menggunakan  teknik  elektrokimia  pada temperatur  dan  tekanan  normal.  Peneliti Yuant  Tiandho,  dkk  mengatakan  bahwa salah  satu  kandidat  material  kelongsong yang saat ini dikembangkan adalah zirlo-Mo yaitu  paduan  berbasis  zirkonium  dengan unsur pemadu utama seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Komposisi kimia dari paduan Zirlo-
Mo[6] Unsur Konsentrasi (% berat) Niobium 1,0 Timah putih 1,0 Besi 0,2 Mo 0 – 1 Zirkonium base utama Dari berbagai pustaka diketahui bahwa  paduan  zirlo  mempunyai  beberapa keunggulan  antara  lain  mempunyai  laju korosi  rendah,  sifat creep pada  kondisi iradiasi baik, daya tahan mekanik baik pada kondisi  derajat  bakar  tinggi.  Zirlo  juga
Urania Vol. 23 No. 3, Oktober 2017: 139 −204
mempunyai  ketahanan  korosi  tinggi  dalam lingkungan  air  dengan  lithium[7].  Pengujian korosi menggunakan autoclave pada temperatur  360  °C  dan  tekanan  10  bar menunjukkan  hasil bahwa paduan Zr-0,2Fe- 0,1Cr-0,1Cu-0,1Nb memiliki ketahanan oksidasi  paling  baik  (pertambahan  berat paling kecil) dibandingkan dengan zircaloy-4 konvensional dan paduan berbasis zirkonium yang lain. Paduan Zr-0,2Fe-0,1Cr- 0,1Cu  mempunyai  ketahanan  oksidasi  yang relatif sama dengan paduan Zr-0,2Fe-0,1Cr- 0,1Cu-0,1Nb[8].  Pengujian  korosi  dalam media  NaCl  dengan  konsentrasi  0,17-3,5  % menghasilkan  arus korosi paduan  zircaloy-2 dan zircaloy-4 sangat kecil yaitu kurang dari 1 mpy (mile per years) [9].
Paduan  zirlo-Mo  merupakan  kandidat yang  dapat  digunakan  sebagai  bahan kelongsong reaktor jenis LWR. Usaha untuk meningkatkan sifat mekaniknya perlu dilakukan modifikasi komposisi atau pengembangan dengan cara menambahkan unsur Mo ke dalam bahan tersebut[10].
Analisis  korosi  paduan  zirkonium dengan  metode  Tafel  atau  elektrokimia lainnya dapat dilakukan lebih cepat dibanding metode perubahan berat.
Modifikasi  jenis  paduan  atau  unsur  pemadu yang  dilakukan  seperti  pada  paduan  Zirlo- Mo  dapat  dianalisis  perilaku  korosinya dengan  metode  Tafel  sebelum  dilakukan penelitian lebih lanjut menggunakan autoclave pada  temperatur  dan  tekanan tinggi.  Paduan  zirkonium  termasuk  paduan zirlo-Mo  ketika  berada  dalam  medium  air akan  mengalami  reaksi  akibat  interaksi dengan  lingkungannya.  Reaksi  yang  terjadi adalah  reaksi  oksidasi  dan  reduksi  dengan mengikuti  persamaan  (1)  dan  (2)  sebagai berikut[11].
Reaksi oksidasi :
(1)
Reaksi reduksi :
(2)
Sifat  korosi  paduan  termasuk  bahan zirlo-Mo  merupakan  persyaratan  utama yang harus dipenuhi sebagai bahan
kelongsong  reaktor  pendingin  air  ringan. Salah  satu  metode  yang  dapat  dilakukan untuk menganalisis ketahanan korosi bahan adalah dengan metode elektrokimia. Pengujian korosi elektrokimia dapat dilakukan  dengan  teknik  tahanan  polarisasi dan  Tafel.  Metode  tahanan  polarisasai adalah  metode  uji  korosi  adalah  tidak merusak  karena  menggunakan  rentang potensial  rendah  yang  dilakukan  pada potensial  -25  mV  sampai  +25  mV  terhadap potensial  korosi  bebas  (E ocp ),  sedangkan untuk metode Tafel adalah metode uji korosi dengan  cara  merusak  karena  dilakukan pada rentang potensial -250 mV sampai 250 mV  terhadap  potensial  bebas  (E ocp ).  Hasil pengujian  uji  korosi  menggunakan  metode Tafel  diperoleh  hubungan  antara  potensial dengan  rapat  arus  (Icorr,  µA),  kemudian rapat  arus  tersebut  dievaluasi  menjadi besaran laju korosi (CR, mpy).
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui  ketahanan  korosi  zirlo-Mo, zircaloy -2  dan zircaloy -4  serta  zirkonium murni  menggunakan  metode  Tafel  atau elektrokimia. Metode Tafel memiliki keunggulan  karena  pengukurannya  lebih cepat  dibanding  metode  perubahan  berat. Penggunaan  metode  Tafel  juga  dapat menentukan  laju  korosi  secara  kualitatif maupun kuantitatif. Jenis korosi  yang terjadi pada  logam  dan  paduannya  seperti  korosi merata,  korosi  batas  butir,  korosi  celah  dan korosi  sumuran  dapat  diidentifikasi  melalui pengujian  korosi  elektrokimia.  Keunggulan lain  dari  metode  ini  adalah  dapat  mengukur laju  korosi  suatu  logam  yang  memiliki ketahanan korosi sangat rendah (<0,1 mpy), dimana  dengan  metode  perubahan  berat relatif  sulit  untuk  menentukan  laju  korosi yang sangat rendah.

## METODOLOGI
Bahan yang digunakan adalah paduan  zirkonium  yaitu  zirlo-Mo (as-cast) , zircaloy -2  dan zircaloy -4  serta  zirkonium murni.  Paduan  zirlo-Mo  dibuat  dengan
(Maman Kartaman Ajiriyanto, Dian Anggraini, Rosika Kriswarini)
peleburan berulang sebanyak 3 kali menggunakan  busur  listrik,  hal  ini  dilakukan untuk  mendapatkan  komposisi  kimia  ingot zirlo-Mo  yang  homogen.  Ingot  zirlo-Mo kemudian  dirol  dengan  tingkat  pengerolan tertentu untuk mengetahui pengaruh deformasi  terhadap  perilaku  korosi  zirlo-Mo pada media air. Perilaku korosi paduan zirlo- Mo  dibandingkan  dengan  paduan zircaloy -2 dan  zircaloy-4.  Paduan  zirlo-Mo  hasil peleburan (as-cast) ,  zirlo-Mo  hasil  perolan (as-rolled) , zircaloy -2  dan zircaloy -4 (as- recieved) dipreparasi  menjadi  spesimen  uji korosi  berbentuk  disk  dengan  ketebalan 3  mm  menggunakan  alat  potong  minitom. Sampel berbentuk disc kemudian disambung  dengan  kawat  tembaga  agar terkoneksi  dengan  aliran  listrik.  Sampel  uji dimounting  sehingga  permukaan  sampel kontak dengan larutan media NaCl, kemudian  dipreparasi  metalografi  meliputi pengamplasan  menggunakan  kertas  SiC dengan ukuran amplas 500 sampai 1200 grit secara bertahap.
Uji korosi dilakukan dengan menggunakan  metode  polarisasi  Tafel  pada rentang  tegangan  antara  -250  mV  sampai dengan  250  mV  dengan scanning  rate sekitar  0,5 –1  mV/s  dalam  media  larutan NaCl dengan variasi konsentrasi 3 %; 0,3 %; dan  0,03  %  menggunakan Potensiostat reference 600.  Sel korosi terdiri  dari sel tiga elektroda  masing-masing  elektroda  kerja (sampel), elektroda standar ( saturated calomel electrode ) dan
elekroda pembanding  (grafit).  Sel  korosi  dan  alat  uji
korosi  elektrokimia  tersusun  seperti  yang ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Sel uji korosi metode tahanan polarisasi/elektrokimia
Hasil  uji  korosi  kemudian  dievaluasi dan dianalisis menggunakan software Gamry  E-Chem  DC  105  sehingga  diperoleh arus  korosi  (Icorr,  µAmper)  dan  laju  korosi (CR)  dengan  satuan mile  per  years (mpy). Pengujian lain yang dilakukan untuk mendukung hasil uji korosi adalah pengujian komposisi kimia secara kualitatif menggunakan  XRF,  uji  kekerasan  mikro dengan microhardness ,  dan  pengamatan mikrostruktur mengunakan mikroskop optik.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
a.  Analisis komposisi kimia
Hasil analisis kimia zirconium murni , zircaloy -2, zircaloy -4  dan  paduan  zirlo-Mo secara kualitatif menggunakan XRF
diperoleh  unsur  unsur  pemadu  seperti  yang ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Komposisi unsur pemadu dalam paduan secara kualitatif
Sampel uji Intensitas Fe Sn Ni Nb Mo Zirkonium murni 632 466 321 - - Zircaloy-2 1009 1982 846 - - Zircaloy-4 1481 2039 - - - Zirlo-Mo 6638 1195 321 23021 64
Hasil  analisis  komposisi  kimia  diketahui bahwa  paduan  zirlo-Mo  selain  mengandung unsur  Fe,  Sn  dan  Ni,  juga  mengandung
unsur  Nb  dan  Mo.    Adanya    unsur  Nb  dan Mo  dalam  paduan  zirlo-Mo  bertujuan  untuk meningkatkan  kekuatan  mekanik  dengan
Urania Vol. 23 No. 3, Oktober 2017: 139 −204
mekanisme  penghalusan  butir  dan  juga meningkatkan  katahanan  korosi  pada  suhu tinggi.

## b.  Analisis uji korosi
Hasil uji korosi menggunakan Potensiostat  diperoleh kurva  polarisasi anodik-katodik  seperti  yang  ditunjukkan pada  Gambar  2  sampai  dengan  6.  Dari Gambar  2  diketahui  bahwa  pada  rentang potensial  dibawah  E ocp mulai  dari  -250  mV sampai  potensial  korosi  bebasnya  (E ocp ) terjadi  reaksi  reduksi  dengan  adanya penurunan  rapat  arus,  sedangkan  pada rentang  potensial  bebas  hingga  +250  mV terjadi  reaksi  oksidasi  yang  ditandai  dengan kenaikan  rapat  arus  korosi.  Bertambahnya konsentrasi NaCl menghasilkan kurva polarisasi  bergeser  kearah  kanan  atau  ke
arah  rapat  arus  tinggi.Hal  ini  menunjukkan bahwa  rapat  arus  yang  tinggi  berbanding lurus  dengan  laju  korosi  yang  tinggi. Sementara  itu,  meningkatnya  konsentrasi NaCl  sebagai  media  dari  0,03  %  menjadi 3  %  menyebabkan  laju  korosi  juga  semakin meningkat, hal ini disebabkan meningkatnya konsentrasi  NaCl  menyebabkan  ion  Cl - menjadi  lebih  besar  sehingga    larutan menjadi  reaktif  dan  mudah  terkorosi.  Pada scan tegangan  dibawah  E ocp terjadi  reaksi reduksi  yang  menunjukkan  bahwa  semakin tinggi  tegangan  menyebabkan  arus  korosi menurun  dan  ketika  potensial  dinaikkan hingga  biatas  E ocp arus  korosi  meningkat yang  memperlihatkan  terjadinya  mekanisme oksidasi  pada  permukaan  bahan  seperti yang terjadi pada Gambar 2.
-10.0 -9.5 -9.0 -8.5 -8.0 -7.5 -7.0 -6.5 -6.0 -5.5 -5.0 -4.5 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 Poten sial (Volts ) Rapat Arus (Micro Ampere) NaCl 0% NaCl 0,3% NaCl 0,03% NaCl 3%
Gambar 2. Kurva polarisasi Tafel zirkonium murni dalam larutanvariasi konsentrasi NaCl.
Kurva  polarisasi  sampel  Zr  murni  pada media  NaCl  3  %  bergeser  kearah  bawah dan  kanan.  Fenomena  ini  menunjukkan  laju korosi  sampel  Zr  murni  pada  larutan tersebut  diperoleh  paling  besar  yaitu  0,09 mpy.  Hal  ini  dimungkinkan  karena  pada konsentrasi  NaCl  3%  paduan zircaloy yang terlarut  semakin  besar  dan  juga  adanya  ion Cl - yang  tinggi  mudah  merusak  lapisan
oksida (ZrO 2 ) yang terbentuk pada permukaan[11].
Gambar  3  memperlihatkan  kurva polarisasi  paduan  zirlo-Mo  dalam  media NaCl  pada  berbagai  konsentrasi.  Bentuk kurva polarisasi relatif sama dengan Gambar  2  yaitu  terjadinya  mekanisme reduksi  dan  oksidasi  pada  permukaan sampel.
(Maman Kartaman Ajiriyanto, Dian Anggraini, Rosika Kriswarini)
-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 NaCl 0% NaCl 0,3% NaCl 0,03% NaCl 3%
Rapat Arus (Micro Ampere)
Poten sial (Volts )
Gambar 3.Kurva polarisasi Tafel paduan zirlo-Mo dalam larutan NaCl variasi konsentrasi
Gambar  3  menunjukkan  bahwa  laju korosi  semakin  tinggi  apabila  konsentrasi NaCl semakin tinggi, pada konsentrasi NaCl 3  %  laju  korosinya  mencapai  0,590  mpy seperti yang dirangkum pada Tabel 3. Hal ini disebabkan  karenakonsentrasi  NaCl  makin tinggi  maka  kemampuan  larutan  dalam melarutkan  paduan  zirlo-Mo  juga  semakin tinggi.Pembentukan  lapisan  oksida  pada permukaan  paduan  ingot  zirlo-Mo  mudah terlepas  dengan  adanya  ion  Cl - terutama pada  konsentrasi  NaCl  3  %.Hasil  ini didukung oleh penelitian lain yang menyatakan bahwa laju korosi paduan zirlo-
Mo  dalam  media  air  jenuh  pada  temperatur 300  °C  terjadi  pembentukan  lapisan  oksida pada  zirkonium  menyebabkan  penurunan laju  korosi  pada  rentang  waktu  selama  24 jam  hingga  36  jam,    namun  pada  waktu  48 jam  terjadi  peningkatan  laju  korosi  yang diakibatkan  pecahnya  lapisan  oksida  yang terbentuk[12].
Gambar 4 merupakan kurva polarisasi zircaloy -2  terhadap  rapat  arus pada  media  NaCl  dengan  konsentrasi  0; 0,03;  0,3  dan  3  %.  Laju  korosi zicaloy -2 menunjukkan  kecenderungan  yang  sama seperti pada logam Zr murni dan zirlo-Mo.
-9 -8 -7 -6 -5 -4 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 Poten sial (Volts ) Rapat Arus (Micro Ampere) NaCl 0% NaCl 3% NaCl 0,3% NaCl 0,03%
Gambar 4. Kurva polarisasi Tafel paduan zircaloy -2 dalam larutan NaCl variasi konsentrasi
Urania Vol. 23 No. 3, Oktober 2017: 139 −204
Gambar  4  menunjukkan  bahwa konsentrasi NaCl
semakin tinggi menyebabkan  laju  korosi  semakin  tinggi.Hal disebabkan  karena  pada  konsentrasi  NaCl tinggi logam  yang terlarut juga makin besar. Namun,  pada  paduan zircaloy -2  perubahan laju  korosi  tidak  signifikan  seperti  yang terjadi  pada  logam  zirkonium  murni  dan zirlo-Mo.  Pada zircaloy -2  terdapat  unsur  Ni yang  lebih  besar  yang  menyebabkan  lebih
sulit  larut  dalam  NaCl  sehingga  laju  korosi relatif  rendah.  Laju  korosi zircaloy -2  pada berbagai  konsentrasi  NaCl  0;  0,03;  0,3  dan 3 % diperoleh berturut-turut sebesar 0,004;0,004;0,006  dan  0,006  mpy  seperti terlihat  pada  Tabel  3.  Data  laju  korosi  yang diperoleh  dapat  dinyatakan  bahwa  variasi konsentrasi  NaCl  sebagai  media  tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap laju korosi zircaloy -2.
-11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 Poten sial (Volts ) Rapat Arus (Micro Ampere) NaCl 0% NaCl 3% NaCl 0,3% NaCl 0,03%
Gambar 5. Kurva polarisasi Tafel paduan zircaloy -4 dalam larutan NaCl variasi konsentrasi
Kurva  polarisasi  paduan zircaloy -4  pada media  NaCl  dengan  variasi  konsentrasi  0; 0,03;  0,3  dan  3%  seperti  yang  terlihat  pada Gambar  5.  Laju  korosi zircaloy -4  diperoleh berturut-turut  sebesar  0,009;  0,005;  0,009 dan  0,007 mpy  dan mekanisme korosi  yang terjadi  pada zircaloy -4  relatif  sama  dengan zircaloy -2.Hasil  ini  menunjukkan  bahwa variasi  konsentrasi  NaCl  tidak  memberikan pengaruh  yang  signifikan  terhadap  laju korosi zircaloy -4.Konsentrasi  NaCl  hingga  3 %  belum  mampu  merusak  lapisan  oksida ZrO 2 yang  berperan  sebagai  barier  antara logam dengan lingkungannya pada permukaan zircaloy -4.
Fenomena  korosi  yang  terjadi  pada zirkonium  murni;  zirlo-Mo,  zircaloy-2  dan zircaloy-4 dalam media NaCl variasi
konsentrasi  0;  0,03;  0,3  dan  3%    seperti yang  ditunjukkan  pada  Gambar  2,  3,  4,  5 kemudian  dievalusi  dan  dituangkan  pada Tabel 3.
Tabel  3  menunjukkan  bahwa  laju korosi  ziconium  murni,  zirlo-Mo, zircaloy -2 dan zircaloy -4  dalam  media  NaCl  dengan konsentrasi  3%  diperoleh  hasi  bahwa paduan  zirkaloy-2  mempunyai  laju  korosi paling  rendah. Paduan zirlo-Mo mempunyai laju  korosi  paling  tinggi  bila  dibandingkan dengan  zirconium  murni, zircaloy -2  dan zircaloy -4  dengan  laju  korosi  berturut-turut sebesar  0,006;  0,007  dan  0,590  mpy. Tingginya  laju  korosi  paduan  zirlo-Mo dimungkinkan  karena  kondisi  perlakuan yang  berbeda  dengan  zirconium  murni, zircaloy-2  dan  zircaloy-4.  Paduan  zirlo-Mo
(Maman Kartaman Ajiriyanto, Dian Anggraini, Rosika Kriswarini)
yang  digunakan  sebagai  sampel  uji  korosi pada  penelitian  dibuat  melalui  proses peleburan  menjadi  ingot  zirlo-Mo (as-cast) , sedangkan  penggunaan  zircaloy-2  dan zircaloy-4  bentuk tube dalam  kondisi
annealed. Fenomena proses ini memberikan dampak berbeda terhadap ketahanan korosi,  karena  ketahanan  korosi  sampel as- cast lebih tinggi dibanding kondisi annealed .
Table 3. Laju korosi paduan zircaloy dalam NaCl konsentrasi 0-3% dengan metode Tafel
No. Jenis Sampel Media uji korosi Tafel I corr (µA) CR (mpy) 1 Zr murni Aquades 0,0598 0,0018 NaCl 3% 0,1310 0,0932 NaCl 0,3% 0,0736 0,0524 NaCl 0,03% 0,0618 0,0440 2 Zirlo-Mo Aquades 0,3140 0,1933 NaCl 3% 0,9600 0,5903 NaCl 0,3% 0,2960 0,1819 NaCl 0,03% 0,8650 0,5320 3 Zircaloy -2 Aquades 0,1640 0,0049 NaCl 3% 0,2020 0,0061 NaCl 0,3% 0,2000 0,0060 NaCl 0,03% 0,1560 0,0047 4 Zircaloy -4 Aquades 0,0629 0,0091 NaCl 3% 0,0491 0,0071 NaCl 0,3% 0,0680 0,0099 NaCl 0,03% 0,0347 0,0050
Sementara  itu,  adanya  perbedaan komposisi  kimia  pada  sampel  zirlo-Mo,  Zr-2 dan  Zr-4  tidak  memberikan  pengaruh signifikan  terhadap  penurunan  laju  korosi dibanding  pengaruh  kondisi  perlakuan. Sampel  zirlo-Mo  kondisi  ingot  mempunyai struktur  relatif  tidak  homogen  dan  adanya tegangan  sisa  akibat  solidifikasi  sehingga ketahanan korosinya lebih rendah.
Sementara  itu,  pada  sampel  zircaloy-2  dan zircaloy-4 dalam kondisi annealed mempunya  struktur  lebih  homogen  dan bebas  tegangan  sisa  sehingga  ketahanan korosinya  lebih  baik.  Hal  ini  didukung  oleh hasil  penelitian  lainnya  yang  menggunakan autoclave pada  temperatur  dan  tekanan tinggi  menunjukkan  bahwa  penambahan unsur  Mo  hingga  0,5%  dapat  meningkatkan laju korosi[10].

## c.  Analisis mikrostruktur
Hasil  uji  korosi  paduan  zirlo-Mo didukung  oleh  data  mikrostruktur.  Data pengamatan  mikrostruktur  paduan  zirlo-Mo (as-cast) ditunjukkan  pada  Gambar  6  dan mikrostruktur  paduan  zirlo-Mo (as-rolled) ditunjukkan  pada  Gambar  7.  Gambar  6 terlihat  bahwa  secara  umum  mikrostruktur paduan  zirlo-Mo  mempunyai  struktur lath martensite yang keras. Transformasi struktur dari  fasa β  ke  fasa  α  menghasilkan  dua struktur yaitu struktur martensit dan widmanstatten .  Struktur  martensit  diperoleh jika  kecepatan  pendinginan  lebih  besar  dari 1700 °C/s dan terbentuk melalui mekanisme geser. Ciri khas dari struktur tersebut adalah bentuknya accicular dan  metastabil.  Pada paduan  zirlo-Mo  hasil  peleburan  atau as- cast dan  hasil  pengerolan  terlihat  struktur
Urania Vol. 23 No. 3, Oktober 2017: 139 −204
jarum-jarum.  Struktur  yang  ada  adalah struktur accicular atau  jarum-jarum  seperti ditunjukkan  dengan  tanda  panah  pada Gambar  6.  Sampel  hasil  pengerolan  yang ditunjukkan  pada  Gambar  7  mempunyai struktur  relatif  sama  yaitu  struktur accicular dengan ukuran lebih besar. Analisis mikrostruktur  juga  menghasilkan  struktur berbentuk Widmanstatten pada  ingot  ingot paduan  zirlo-Mo  yaitu  pola  mikrostruktur berupa  anyaman  yang  disebut lamellar [13].
Bentuk dan ukuran mikrostruktur ini mempengaruhi  sifat  kekerasan  paduan  dan juga  berpotensi  mempengaruhi  ketahanan korosi.
Gambar  6.  Mikrostruktur  Zirlo-Mo  ( as-cast ) dengan perbesaran 250 kali
Gambar  7.  Mikrostruktur  paduan  zirlo-Mo
( as-rolled )  dengan  perbesaran
250 kali.
d.  Analisis kekerasan mikro
Analisis  kekerasan  mikro  paduan berbasis  zirkonium  dilakukan  menggunakan uji kekerasan Vickers dengan beban indentasi 100 gF, dan waktu indentasi 10-15
detik.Hasil uji kekerasan mikro paduan zirlo- Mo (as-cast) ,  zirlo-Mo (as-rolled) , zircaloy -2 dan zircaloy -4 ditunjukkan pada Gambar 8.
Gambar  8.  Kekerasan  mikro  beberapa  jenis paduan zircaloy
Kekerasan  paduan  zirlo-Mo (as- rolled) diperoleh  paling  tinggi  dibandingkan dengan  paduan  lainnya.  Hal  ini  disebabkan karena  keberadaan  unsur  Mo  yang  larut padat  pada  kisi  kristal  matriks,  selain  itu unsur  Mo  juga  berperan  sebagai  penghalus butir.  Struktur  berbutir  yang  halus  memiliki kekerasan  tinggi.  Tingginya    kekerasan paduan
zirlo-Mo
sesuai dengan mikrostruktur  yang  dihasilkan  yaitu  struktur lath  martensite yang  keras.  Pada  paduan zirlo-Mo  yang  telah  mengalami  pengerolan menghasilkan  kekerasan  paling  tinggi  yaitu 360,05  HV.  Hal  ini  disebabkan  karena adanya strain  hardening akibat  pengerolan. Mekanisme penguatan pada bahan diantaranya  adalah  larutan  padat  dengan subtitusi atau intertisi dan juga terbentuknya fasa  kedua  atau  presipitat  ZrMo 2 [14].
Mekanisme  ini  terjadi  pada  bahan    paduian zircaloy-2  dan  zircaloy-4  dimana  unsur- unsur pemadunya seperti  Sn, Fe, Cr dan Ni membentuk larutan padat, senyawa intermetalik  dan  fasa  kedua  yang  dapat meningkatkan nilai kekerasan paduan.
Sementara  itu,  pada  zirkonium  murni  tidak mengalami  mekanisme  seperti  itu  sehingga mempunyai nilai kekerasan paling kecil yaitu sekitar  163,49  HV.  Sifat  mikrostruktur  dan kekerasan  paduan  sangat  berpengaruh kepada  laju  korosi.  Paduan  zirlo-Mo  yang dibuat dengan proses peleburan busur listrik menghasilkan sruktur martensit atau
(Maman Kartaman Ajiriyanto, Dian Anggraini, Rosika Kriswarini)
accicular dan  mempunyai  nilai  kekerasan relatif  tinggi  sehingga  menghasilkan  laju korosi lebih tinggi dibanding paduan zircaloy-2  dan  zircaloy-4.  Struktur  martensit merupakan  struktur  sangat  keras  dan menghasikan tegangan sisa akibat terjadinya  transformasi  fasa β  ke  α, sedangkan paduan zircaloy-2 dan zircaloy-4 mempunyai struktur ekuiaksial yang memiliki kekerasan relatif lebih rendah[1].

## SIMPULAN
Metode polarisasi Tafel dapat digunakan untuk menentukan perilaku korosi paduan  zircaloy  dalam  media  NaCl  dengan konsentrasi  0-3  %.  Laju  korosi  paduan zircaloy-2,  zircaloy-4  dan  zirlo-Mo  pada NaCl  3  %  diperoleh  berturut-turut  sebesar 0,006;  0,007  dan  0,590  mpy.  Paduan  zirlo- Mo  memiliki  laju  korosi  paling  tinggi  karena kondisi  perlakuan  pada  zirlo-Mo  berbeda dengan sampel Zr-2 dan Zr-4. Sampel  zirlo- Mo  dalam  kondisi as-cast dan rolled sedangkan  sampel  Zr-2  dan  Zr-4  dalam kondisi annealed sehingga  berpengaruh kepada  ketahanan  korosinya.  Paduan  zirlo- Mo  mempunyai  mikrostruktur accicular atau lath  martensite yang  keras  dan  cenderung rentan  terhadap  korosi  dengan  kekerasan mencapai    253,97  HV  untuk  kondisi as-cast dan  360,05  HV  untuk  kondisi as-rolled .
Deformasi  pada  saat  proses  pengerolan mengakibatkan terjadiya proses pengerasan regangan  atau strain  hardening sehingga kekerasan zirlo-Mo kodisi as-rolled diperoleh paling  tinggi  dibanding  jenis  paduan  yang lainnya  termasuk  zirlo-Mo  kondisi as-cast .
Komposisi  kimia,  karakter  mikrostruktur  dan kekerasan  dari  paduan  Zr-Mo  sangat mempengaruh laju korosi Zr.

## SARAN
Penelitian  lanjutan  perlu  dilakukan untuk mengetahui pengaruh komposisi kimia paduan  zirkonium  terhadap  laju  korosi dengan  kondisi  sampel  yang  sama  dengan homogenitas  yang  lebih  baik.  Selain  itu,
perlu  dilakukan  analisis  karakteristik  lapisan pasif  pada  permukaan  paduan  zirkonium menggunakan  teknik  potensiodinamik  atau electrochemical impedance spectrocopy (EIS).  Metode  tersebut  dapat  menentukan kecenderungan  paduan  terhadap  korosi pitting dan juga dapat menentukan ketahanan lapisan pasif ZrO 2 yang terbentuk

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terimakasih kepada  Bpk.  Purwdi  Kasino  Putro  sebagai penanggung  jawab  kegiatan  DIPA  2016, serta  ucapan  terimakasih  juga  disampaikan kepada  Ibu.Yanlinastuti,  Setia  Permana, Junaedi dan Yatno Dwi Agus Susanto, yang telah  membantu  dalam  peleburan  sampel, penyiapan  larutan  uji,  preparasi  metalografi, dan  pengamatan  mikrostruktur  sehingga penelitian ini dapat berjalan lancar. Selain itu juga  penulis  ucapkan  banyak  terima  kasih kepada  Anditania  Sari  Dwi  Putri  dan  Ely Nurlaily  yang  telah  membantu  pengujian korosi dengan metode polarisasi.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] A.  Pshenichnikov,    J.  Stuckert,  M.
Walter , “Microstructure
and mechanical  properties  of Zircaloy -4
cladding hydrogenated at temperatures  typical  for  loss  of coolant  accident  (LOCA)  conditions. Nuclear  Engineering  and  Design ,  vol.
283, pp. 33-39, 2015.
[2] P.  Wang, “Corrosion  behaviour  of zirconium  alloys  in  high  temperature aqueous  environment  by  electro- chemical  impedance  spectroscopy ,” dissertation , University of Manchester, 2011.
[3] Sugondo  and  A.  Chaidir,  Effect  of annealed  temperature  on  type  and size  second  phase  precipitate  of  Zr- 1%  Nb-1%  Sn-1%  Fe  Alloys. Jurnal Teknologi  Bahan  Nuklir ,  vol.  5,  no.  1,
2013.
Urania Vol. 23 No. 3, Oktober 2017: 139 −204
[4] NA.  Type  of  Reactors.    [cited  2017 october 17]; Available from: http://www.nuclear-power.net/nuclear- power-plant/reactor-types/.
[5] B.  Cox, “Degradation  of  zirconium alloys in water-cooled
nuclear reactors ,” Proceedings  of  the  Third International Symposium On Environmental Degradation of Materials  In  Nuclear  Power  Systems ,
1988.
[6] H.H.  Kim,  J.H.  Kim,  J.Y.  Moon,  H.S Lee, J.J.  Kim,  Y.S.  Chai,  “High temperature  oxidation  behavior  of Zircaloy -4 and  zirlo in steam ambient.
Journal  of  Materials  Science  & Technology ,  vol.  26,  no.9,  pp.  827- 832. 2010.
[7] Sugondo, “Increasing Corrosion
Resistance Zircaloy -4  Through  Tin, Copper and Niobium Alloying ”. Journal  Teknologi  Bahan  Nuklir ,  vol. 7, no. 1, 2011.
[8] D.  Anggraini,  M.K.  Ajiriyanto,  R. Kriswarini,  Yanlinastuti, “Fenomena korosi zirkaloy-2 dan zirkaloy-4 dalam medialarutan NaCl secara elektrokimi a,” Jurnal  Daur  Bahan Bakar  Nuklir  Urania ,  vol.  21  ,  no.  3, hal. 95 – 159, 2016.
[9] J.  Lee  and  S.  Hwang, “Effect  of  Mo addition on the corrosion resistance of Zr-based  alloy  in  water  containing LiOH. Journal  of  Nuclear  Materials , vol.321, no.2, pp. 238-248, 2003.
[10]  A.T.  Motta,  A.  Couet,  R.J.  Comstock, “Corrosion  of  zirconium  alloys  used for  nuclear  fuel  cladding ,” Annual Review  of  Materials  Research ,  vol.
45, no. 1, pp. 311-343,  2015.
[11]  Sungkono, “Pengaruh  kandungan  Fe dan  Mo  terhadap  ketahanan  korosi iIngot  paduan  Zirlo-Mo  dalam  media uap  air  jenuh ,” Jurnal  Daur  Bahan Bakar  Nuklir  Urania ,,  vol.  17,  no.  3,
pp.116 – 181, 2011.
[12]  Futichah,  dkk., “Analisis  mikrostruktur dan kekerasan ingot Zr-1%Sn-
(0,1%;1%)Fe-1%Nb-(X%)Mo  dengan variasi Mo ,” Jurnal Daur Bahan Bakar
Nuklir Urania , vol. 20, no. 2, 2014.
[13]  H. Yang,   J. Shen, Y. Matsukawa, Y. Satoh, S. Kano, Y.Li, et al. , “Effects of alloying  elements  (Sn,  Nb,  Cr,  and Mo) on the mcrostructure and mechanical  properties  of  zirconium alloys ,” Jurnal of Nuclear Science and Technology ,  vol.  52,  no.  9,  pp.  1162- 1173, 2015.