## Urania

## Jurnal Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir
Beranda jurnal: http://jurnal.batan.go.id/index.php/urania/

## PENGARUH TEMPERATUR DAN KOMPOSISI Nb TERHADAP INTERDIFUSI PADUAN U-Zr-Nb
Maman Kartaman Ajiriyanto 1 , Masrukan 1 , Fajar Al Afghani 1 , Yanlinastuti 1
1 Pusat Riset dan Teknologi Bahan Bakar Nuklir – BRIN Kawasan PUSPIPTEK Serpong Gd. 20, Tangerang Selatan, Banten 15314
e-mail: makar@batan.go.id
(Naskah diterima: 26 –09–2021, Naskah direvisi: 10 –10–2021, Naskah disetujui: 18 –10–2021)
ABSTRAK PENGARUH TEMPERATUR DAN KOMPOSISI Nb TERHADAP INTERDIFUSI PADUAN U-Zr-Nb. Telah dilakukan simulasi percobaan intermik bahan bakar U-Zr-Nb dengan pelat aluminium. Mula-mula dibuat ingot paduan U-6Zr-2Nb,  U-6Zr-5Nb, dan  U-6Zr-8Nb  menggunakan tungku peleburan busur listrik. Ingot yang diperoleh dipotong-potong menjadi berukuran  ketebalan 2-3 mm dan diameter sekitar 5-6 mm selanjutnya ditutup menggunakan pelat Al  pada salah satu sisinya serta dipress. Setelah dipress, ingot paduan U-6Zr-2Nb, U-6Zr-5Nb, dan U-6Zr-8Nb dipanaskan  pada temperature 350  dan 450 o C selama 1 jam.  Setelah dipanaskan ingot dikenai beberapa pengujian yaitu mikrostruktur menggunakan mikroskop optik dan Scanning Electron Microscope (SEM) yang dilengkapi dengan Energy Dispersive Spectrometer (EDS), kekerasan menggunakan uji kekerasan mikro, dan fasa dengan alat X-ray diffractometer (XRD). Hasil pemeriksaan mikrostruktur menunjukkan masih terlihat dengan jelas batas antara lapisan ( interfac e)  U-6Zr-2Nb, U-6Zr-5Nb, dan  U-6Zr-8Nb dengan lapisan Al. Semakin tinggi kandungan Nb semakin rapat  rapat interface antara kedua lapisan.  Pada pengujian kekerasan mikro terlihat bahwa kekerasan pada interface sulit diukur sedangkan pada daerah U-Zr-Nb menunjukkan kenaikan  kekerasan pada pemanasan dari 350  menjadi 450 o C, sedangkan pada bagian Al terjadi penurunan kekerasan pada kenaikan temperatur pemanasan dari 350 menjadi 450 o C.  Terbentuk senyawa UO 3 pada semua sampel uji  sedangkan fasa γ -U terbentuk pada sampel U-6Zr-2Nb baik yang dipanaskan pada temperatur 350 maupun 450 o C.
Kata kunci :  Intermik, paduan U-Zr-Nb, aluminium,  mikrostruktur, kekerasan, fasa.
Pengaruh Temperatur dan Komposisi Nb Terhadap Interdifusi Paduan U-Zr-Nb (Maman Kartaman Ajiriyanto, Masrukan, Fajar Al Afghani, Yanlinastuti)

## ABSTRACT EFFECT OF TEMPERATURE AND Nb COMPOSITION ON U-Zr-Nb ALLOY INTERDIFFUSION.
A  simulation  of  U-Zr-Nb  intermixed  fuel  has  been  carried  out  with  aluminum  plates.  Initially, U-6Zr-2Nb,  U-6Zr-5Nb,  and  U-6Zr-8Nb  alloy  ingots  were  made  using  an  electric  arc  melting furnace. The ingot obtained was cut into pieces with a thickness of 2-3 mm and a diameter of about 5-6 mm, then it was covered Al plate on one side and pressed. After pressing, the alloy ingots of U-6Zr-2Nb, U-6Zr-5Nb, and U-6Zr-8Nb were heated at temperatures of 350 and 450 o C for 1 hour. The  ingot  was  subjected  to  several  tests,  namely  microstructure  examination  using  optical microscope  and  Scanning  Electron  Microscope  (SEM)  equipped  with  Energy  Dispersive Spectrometer  (EDS),  hardness  test  using  microhardness  tester,  and  phase  observation  using X-ray  diffractometer  (XRD).  The  results  of  microstructure  examination  show  that  the  boundaries between the U-6Zr-2Nb,U-6Zr-5Nb, and U-6Zr-8Nb layers (interfaces) and the Al layer were clearly visible.  The  higher  of  the  Nb  content,  the  denser  the  interface  between  the  two  layers.  For  the microhardness test, we found that the hardness at the interface was difficult to measure, while the U-Zr-Nb region shows an increase in hardness for heating from 350 to 450 o C, while in the Al section there is a decrease in hardness when the heating temperature increases from 350 to 450 o C. UO 3 compounds were formed in all test samples while the γ-U phase was formed in U-6Zr-2Nb samples both heated at temperatures of 350 and 450 o C.
Keywords: Intermic, U-Zr-Nb alloy, aluminum, microstructure, hardness, phase.
Pengaruh Temperatur dan Komposisi Nb Terhadap Interdifusi Paduan U-Zr-Nb (Maman Kartaman Ajiriyanto, Masrukan, Fajar Al Afghani, Yanlinastuti)

## PENDAHULUAN
Pengembangan  bahan  bakar  reaktor riset  di  dunia  sedang  dikembangkan  untuk mengganti  bahan  bakar  yang  sudah  ada dengantujuan  untuk  mendapatkan  bahan bakar  yang mempunyai densitas tinggi.  Pada saat  ini  reaktor  riset  RSG  Siwabessy  yang berada  di  Serpong,  Tangerang  Selatan berfungsi  untuk    menghasilkan  produk radiofarma  dan    pengujian  material.  Reaktor Siwabessy  tersebut    menggunakan  bahan bakar  paduan  uranium  silisida  (U 3 Si 2 /Al) dengan kelongsong yang terbuat dari paduan aluminium magnesium (Al-Mg2), tetapi paduan  uranium  silisida  tersebut  mempunyai kelemahan dalam mendaur ulang logam Si[1]. Oleh  karena  itu  perlu  dicari  bahan  bakar alternatif  sebagai  pengganti  bahan  bakar uranium  silisida  tersebut.  Mengingat  hal tersebut,  para  peneliti  berupaya  untuk mencari  paduan  uranium  dengan  logam  lain yang  memiliki  densitas  uranium  tinggi, sehingga umur ekonomi bahan bakar di dalam teras  reaktor  dan  siklus  penggunaan  bahan bakar  menjadi  lebih  lama[2].    Salah  satu paduan  uranium  yang  dikembangkan  di PTBBN  selain  paduan  berbasis    U-Mo  yaitu paduan  U-Zr.  Pengembangan  bahan  bakar berbasis  U-Zr  ini  didasarkan  pertimbangan antara  lain  :  densitas  tinggi,  serapan  netron rendah,  mudah  difabrikasi,  mudah  dilakukan olah ulang[3,4].
Penelitian
pengembangan pembuatan  bahan  bakar  berbasis  U-Zr  telah banyak  dilakukan  diantaranya  oleh  Balart dkk[5]  yang  telah  membuat  bahan  bakar paduan U-4Zr-2Nb dengan densitas 3,17 g U/cm 3 . Berdasarkan hasil  uji  irradiasi di  reaktor,      sifat  neutronik,    dan  fabrikasi diperoleh bahwa bahan bakar  paduan U-4Zr- 2Nb    cukup  baik  sebagai  bahan  bakarbila densitas  paduan  mencapai    8,0  gU/cm 3 [5]. Paduan berbasis uranium –zirkonium terutama uranium-zirkonium-niobium menunjukkan banyak keunggulan dan oleh karena itu dapat dianggap  sebagai    kandidat  bahan  bakar untuk  reaktor  cepat  berbahan  bakar  logam. Dilaporkan bahwa paduan U-Nb-Zr menunjukkan resistensi  pembengkakan yang jauh  lebih  unggul  daripada  U-Nb  biner  dan paduan U –Zr[6]. Untuk bahan bakar logam, Zr dipilih  sebagai  elemen  paduan  karena meningkatkan temperatur solidus dan membantu  mengatasi  interaksi  kimia  bahan bakar.  Paduan  uranium  dengan  Zr  memiliki stabilitas  dimensi  yang  sangat  baik  selama siklus  termal  dan  membantu  menstabilkan fase gamma isotropik pada rentang temperaturyang  lebih  luas.  Paduan  terner
U-Zr-Nb  dianggap sebagai bahan bakar nuklir yang menarik untuk reaktor penelitian, reaktor fluks tinggi canggih dan reaktor cepat karena banyak  sifat  yang    menguntungkan,    seperti konduktivitas  termal  dan  densitas  yang  lebih tinggi, kemudahan fabrikasi dan kompatibilitas yang baik dengan kelongsong bahan bakar[7]. Logam  uranium  murni  memiliki  tiga  bentuk alotropik:  a-,  b-  dan  fase-g.  Fasa-a  memiliki struktur  ortorombik  pusat-dasar  dan  stabil hingga  941  K;  fase-b  yang  memiliki  struktur kristal  tetragonal  stabil  pada  daerah  dari 941  K  hingga  1049  K  dan  fase-g  dengan struktur kubus berpusat badan simetris stabil dari 1049 K hingga titik leleh. Paduan uranium “g-stabilisasi”  yang  memiliki  simetri  kubik isotropik selalu menjadi kandidat bahan bakar yang  menarik  karena  menunjukkan  perilaku iradiasi  yang  baik[7].  Secara  umum,  sistem paduan yang dipertimbangkan harus memiliki tingkat  kelarutan  yang  tinggi  dalam  fase gamma isotropik, kemampuan untuk menstabilkan  fase  gamma  pada  rentang temperaturyang lebih besar daripada logam-U saja,  dan  penampang  tangkapan  rendah untuk neutron [8].
Percobaan pembuatan PEB di PTBBN  dengan    kandungan  Zr  sebesar  6% (U-6Zr)  dan  tingkat  muat  uranium  sebesar 5,2  g/cm 3 dan  dikenai  pengujian    meliputi pengujian tidak merusak maupun merusaktelah  dilakukan[9].  Pengembangan PEB selanjutnya dilakukan dengan menambahkanunsur  Nb  ke  dalam  paduan U-Zr  dengan  tujuan  untuk  memperbaiki  sifat paduan  U-Zr  pada  temperatur  tinggi  karena unsur  Nb  akan  memperluas  daerah  fasa gamma.  Dalam  kondisi    fasa  gamma membuat    bahan  bakar  menjadi  lebih  stabil. Masrukan,  dkk  telah  mencoba  melakukan fabrikasi  penelitian  bahan  bakar  U-6Zr-5Nb dengan tingakt muat U sebesar 5,2; 6,0; dan 7,0 gU/cm 3 dengan kelongsong AlMg2.  Hasil percobaan menunjukkan bahwa untuk tingkat muat  U  sebesar  7,0  mempunyai  ketebalan kelongsong  kurang  dari  yang  disyaratkan sedangkan untuk tingkat muat U sebesar 5,2 dan 6,0 g/Ucm 3 telah memenuhi persyaratan[10]. Dalam fabrikasi menjadi PEB maupun  pemakaian  di  reaktor,  bahan  bahan akan  berinteraksi  dengan  kelongsong  dalam kondisi  panas.  Hal  ini  akanmempengaruhi unjuk kerja bahan bakar pada saat digunakan didalam  reaktor.  Bahan  bakar  diusahakan agar tidak berinteraksi dengan bahan kelongsong  yang  terbuat  dari  paduan  Al sehingga membentuk senyawa atau fasa baru karena terbentuknya fasa baru akan mempengaruhi unjuk kerja bahan bakar yang
digunakan[11].  Untuk  mengetahui  keadaan yang  dapat  terjadi  akibat  interaksi  antara bahan bakar dengan kelongsong maka  dalam penelitian  ini  dilakukan  simulasi  dengan  cara memanaskan  bahan  bakar  U-Zr-Nb  yang dibungkus  dengan  pelat  Al  dan  dikenai pemanasan.Penelitian  ini  bertujuan  untuk mendapatkan  gambaran  yang  terjadi  pada interface antara bahan bakar U-Zr-Nb dengan kelongsong  akibat  pemanasan    pada  proses fabrikasi bahan bakar. Bahan bakar dan pelat Al yang telah dipanaskan selanjutnya dikenai beberapa pengujian diantaranya pemeriksaan mikrostruktur,  sifat  mekanik,  dan  fasa  yang terbentuk.Maman  K,  dkk  telah  melakukan percobaan yang sejenis tetapi menggunakan bahan  yang  berbeda  yakni  bahan  bakar U-7Mo/Al  dengan  mengamati  pengaruh temperatur  pada  interdifusi  antara  lapisan  Al dengan bahan bakar U-7Mo/Al yang dipanasi pada  temperatur  500  dan  550 o C  selama 24 jam[12]. Pada percobaan interdifusi antara bahan bakar U-Zr-Nb dengan Al ini dilakukan pada temperatur 350 dan 450 o C, dimana hal ini dilakukan agar pemanasan pada sampel uji jauh  dari  titik  lebur  aluminium  yang  hanya sekitar  660 o C tetapi  masih diatas temperatur rekristalisasi Al. Dari penelitian ini diharapkan dapat  diperoleh  data  yang  dapat  digunakan untuk  pengembangan  penggunaan  paduan U-Zr-Nb  sebagai  kandidat  bahan  bakat mendatang.

## METODOLOGI
Pembuatan paduan U-6Zr-2Nb, U-6Zr- 5Nb,  dan  U-6Zr-8Nb    dengan  cara  melebur logam U deplesi, Zr sponge dan logam Nb di dalam tungku peleburan busur listrik menggunakan  arus  listrik  150  A  dan dilengkapi  dengan  sitem  pendingin  air.
Paduan
U-6Zr-2Nb,
U-6Zr-5Nb, dan U-6Zr-8Nb  dipotong-potong  dengan  dimensi ketebalan    2-3  mm  dan    diameter  sekitar 5-6  mm  serta  dirangkai  untuk  percobaan intermik      terhadap  kelongsong  Al    seperti pada  Gambar  1.  Setelah  sampel  dirakit selanjutnya  dilakukan  pemanasan  di  dalam tungku pemanas dengan temperatur pemanasan  bervariasi  yakni      350      dan 450 o C  selama  1  jam.  Sampel    paduan U-6Zr-2Nb,  U-6Zr-5Nb,  dan  U-6Zr-8Nb  yang telah dipanasi dikarakterisasi untuk mengetahui  mikrostruktur,  sifat  mekanik (kekerasan) dan  fasa yang  terbentuk. Pemeriksaan  mikrostruktur  menggunakan mikroskop  optic  dan Scanning  Electron Microscope (SEM)  yang  dilengkapi  dengan Energy  Dispersive  Spectrometer (EDS), kekerasan menggunakan uji kekerasan mikro sedangkan fasa dengan menggunakan teknik difraksi  sinar  X  (XRD).  Untuk  dapat  dikenai pemeriksaan  mikrostruktur  dan  kekerasan, sampel  paduan  U-6Zr-2Nb,  U-6Zr-5Nb,  dan U-6Zr-8Nb di mounting dan dihaluskan menggunakan  mesin  gerindra  dari grit 240 hingga  1000  serta  dipolish  dengan  pasta alumina  ukuran  1  µm.  Setelah  permukaan halus,  selanjutnya  dietsa  menggunakan campuran larutan HNO 3 dan HF sehingga siap dikenai  pengujian-pengujian  yang  sesuai. Pemeriksaan
mikrostruktur
dilakukan menggunakan mikroskop optik dengan perbesaran  200  kali,  pemeriksaan  dengan SEM  pada  perbesaran  5000  kali,  sedangkan pengujian fasa menggunakan XRD dari sudut 2θ  dari  30  hingga  80 o .  Hasil  pengujian menggunakan  peralatan  XRD  diolah  dengan software HighScore Plus.
Gambar 1. Skema percobaan intermik pemanasan U-Zr-Nb.
Pengaruh Temperatur dan Komposisi Nb Terhadap Interdifusi Paduan U-Zr-Nb (Maman Kartaman Ajiriyanto, Masrukan, Fajar Al Afghani, Yanlinastuti)

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil pemeriksaan mikrostruktur yang terbentuk ditampilkan pada Gambar 2.a, b dan c serta Gambar 3.a, b, dan c. Hasil pengujian kekerasan ditampilkan pada Gambar 6 a dan b, Tabel  1 dan 2 pada Lampiran, sedangkan hasil  pengujian  XRD  ditampilkan  pada Gambar 7.a, b, dan c serta Gambar 8.a, b, dan c.

## a.  Mikrostruktur
Gambar  2.a,  b  dan  c    untuk  sampel U-6Zr-2Nb,  U-6Zr-5Nb,  dan  U-6Zr-8Nb  yang dipanaskan pada  temperatur  350 o C terlihat bahwa interface antara logam U-Zr-Nb  dan Al semakin  rapat  bila  kandungan  Nb  semakin tinggi  sedangkan  mikrostruktur  pada  bagian logam  U-Zr-Nb  maupun  Al  tidak  terlihat  jelas karena  sulitnya  mengetsa  dua  logam  yang berbeda. Demikian pula pada Gambar 3.a, b, dan c untuk sampel uji U-6Zr-2Nb, U-6Zr-5Nb,  dan  U-6Zr-8Nb  yang  dipanaskan pada  temperatur  450 o C  terlihat  bahwa interface yang  terjadi  antara  lapisan  U-Zr-Nb dan  Al  semakin  rapat  bila  kandungan  Nb
semakin  tinggi.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa pada kandungan unsur Nb yang semkin tinggi pada  saat  dipanaskan  maka  semakin  besar dorongan  logam  Nb  ke  arah interface sehingga interface yang  terbentuk  semakin rapat. Namun, interface yang terbentuk masih memperlihatkan  dengan  jelas  jarak  antara lapisan U-Zr-Nb. Hal  ini  menunjukkan  bahwa kedua  bagian  lapisan  atau  tekanan  press antara  bahan  bakar  U-Zr-Nb  dan  pelat  Al kurang  tinggi  atau  waktu  kontak  dalam keadaan  panas  kurang  lama  sehingga membuat  kedua  lapisan  belum  menyatu . Apabila  dilihat  dari  temperatur  pemanasan yang  dikenakan,  terlihat  bahwa  jarak  antara lapisan U-Zr-Nb dan Al pada masing –masing sampel menunjukkan bahwa pada temperatur yang  lebih  tinggi  yakni  450 o C  lebih  rapat dibandingkan  pada  temperatur  350 o C. Keadaan  ini  disebabkan  dengan  semakin tinggi temperatur pemanasan maka pergerakan lapisan menjadi semakin jauh dan saling mendekat sehingga terbentuk interface yang semakin rapat .
(a)
(b)
(c)
Gambar 2. Mikrostruktur hasil pemanasan sampel pada temperatur 350 o C a. U-6Zr-2Nb; b. U-6Zr-5Nb; c. U-6Zr-8Nb
(a) (b)
(c)
Gambar 3. Mikrostruktur hasil pemanasan sampel pada temperatur 450 o C
a. U-6Zr-2Nb; b. U-6Zr-5Nb; c. U-6Zr-8Nb
Gambar 4.a sampai 4.c adalah mikrostruktur  pada  area interface antara paduan  U-6Zr-2Nb,  U-6Zr-5Nb,  U-6Zr-6Nb
dan  logam  Al.  Pengamatan  mikrostruktur menggunakan SEM mode backscatter image (BS)  dan secondary  electron  image
(SE)  pada  perbesaran  >  5000  kali.  Sampel U-6Zr-2Nb  dan  Al  yang  dipanaskan  pada temperatur  350°C menunjukkan mikrostruktur U-6Zr-2Nb/Al. Perbedaan kontras fasa paduan U-6Zr-2Nb dan Al terlihat secara jelas. Pengamatan  menggunakan  FE-SEM  dengan mode  BSD  menghasilkan  perbedaan  warna yang  kontras  dan  jelas  antara  kedua  jenis paduan.  Elemen  atau  unsur  dengan  nomor atom  lebih tinggi  akan menghasilkan gambar lebih  terang  dibanding  fasa  dengan  elemen atau unsur nomor atom rendah. Pada Gambar 5.a  terlihat  mikrostruktur  padauan  U  lebih terang  dibanding  logam  Al.  Pada  interface tidak  terlihat  fasa  baru  yang  dimungkinkan terbentuk  akibat  reaksi  U  dan  Al  pada temperatur pemanasan 350°C. Pada temperatur  tinggi,  paduan  U  dan  Al  akan berreaksi membentuk fasa baru atau senyawa antar  muka  yaitu  UAlx.  Namun  pada  kondisi pemanasan  temperatur  350°C  masih  belum terlihat  fasa  baru  akibat  reaksi  antara  U  dan
Al.  Hal  ini  dimungkinkan  ketika  proses penekanan  antara  U  dan  Al  masih  terdapat celah sehingga kontak antara kedua material tidak terjadi secara sempurna. Celah atau gap terlihat jelas pada Gambar 5.a. Area berwarna hitam pada sekitar interface merupakan resin yang  masuk  kedalam  celah  tersebut.  Hasil identifikasi  elemen  menggunakan  EDS  pada area  berwarna  hitam  menunjukkan  kadar karbon  cukup  tinggi  yaitu  sekitar  73  %wt. Faktor  lainnya  adalah  dimungkinkan  pada temperatur  350°C  kedua  material  masih sangat  stabil  sehingga  tidak  terjadi  reaksi pembentukan  fasa  UAlx.  Untuk  sampel U-6Zr-5Nb  dan  U-6Zr-8Nb  menunjukkan kondisi  mikrostruktur  relatif  sama  dengan paduan  U-6Zr-2Nb/Al  terutama  pada  bagian interfacenya. Pada interface paduan U-6Zr-5Nb dan U-6Zr-8Nb tidak menunjukkan adanya fasa baru hasil reaksi antara paduan U dan logam Al.
Gambar 4. Mikrostruktur hasil pemanasan sampel pada temperatur 350 °C, perbesaran 6000 kali a. U-6Zr-2Nb; b. U-6Zr-5Nb; c. U-6Zr-8Nb
Gambar 5. Mikrostruktur hasil pemanasan  sampel pada temperatur 350°C perbesaran 5000 kali a. U-6Zr-5Nb, dan b. U-6Zr-8Nb
Pengaruh Temperatur dan Komposisi Nb Terhadap Interdifusi Paduan U-Zr-Nb (Maman Kartaman Ajiriyanto, Masrukan, Fajar Al Afghani, Yanlinastuti)

## b. Sifat mekanik (kekerasan)
Gambar 6 a. dan b,  Tabel 1 dan Tabel 2 pada Lampiran yang menampilkan hasil uji kekerasan mikro pada bagian logam U-Zr-Nb dan  Al  setelah  mengalami  pemanasan  pada temperature 350  dan 450 o C. Pada sampel uji U-6Zr-2Nb,  U-6Zr-5Nb,  dan  U-6Zr-8Nb  yang dipanaskan  pada  temperature  350 o C  akan mengalami penurunan kekerasan dari 461,125  menjadi    387,7  HV  bila  kandungan Nb  naik  dari  2  menjadi  5%  kemudian  turun menjadi  450,025 Hv pada kandungan Nb 8%. Untuk  bagian  logam  Al  terjadi  kenaikan kekerasan  dari  59,65  menjadi  62,275  dan turun  menjadi  60,275  HV  bila  kandungan  Nb di  dalam  sampel  uji  U-6Zr-2Nb,  U-6Zr-5Nb, dan U-6Zr-8Nb naik dari 2 menjadi 5 dan 8%. Pada  pengujian  kekerasan  sampel  uji U-6Zr-2Nb,  U-6Zr-5Nb,  dan  U-6Zr-8Nb  yang dipanaskan pada temperature 450 o C terlihat pada  bagian  logam  U-Zr-Nb  mengalami kenaikan  kekerasan  dari  443,46  menjadi 484,12  HV  bila  kandungan  Nb  naik  dari  2 menjadi  5  dan  8%.  Sementara  itu,  pada bagian  logam  Al  terjadi  kenaikan  kekerasan dari  37,55 menjadi  59,66 HV kemudian turun
menjadi    52,18  HV.  Hal  ini  disebabkan  pada proses  pemanasan  selama  pengepresan sampel setelah dipanaskan didinginkan dengan cara membiarkan terjadi pendinginan alamiah didalam tungku. Keadaan ini menimbulkan  pendinginan  antara  logam paduan  U-Zr-Nb dan  logam Al yang  berbeda dimana  pada  logam  paduan  U-Zr-Nb  panas yang  terdjadi  lebih  lama  tersimpan  dan  akan lebih  lambat  mejadi  dingin  dibandingkan logam  Al  yang  lebih  mudah  melepaskan panas  sehingga  lebih  cepat  menjadi  dingin. Oleh  karena  pada  paduan  U-Zr-Nb  lebih lambat  menjadi  dingin  sehingga  terjadi penurunan kekerasan. Penurunan kekerasan terjadi  karena  adanya  perbesaran  butir  yang menyebabkan  hambatan  gerak  dislokasi berkurang  rintangnnya.  Di  lain  pihak,  pada logam Al yang lebih cepat menjadi dingin kan terjadi  penghalusan  butir  dimana  butir  yang terbentuk menjadi lebih banyak yang menyebabkan  kenaikan  kekerasan  karena gerak  dislokasi  menjadi  lebih  sulit  bergerak. Apabila gerakan dislokasi sulit bergerak maka paduan akan mejadi keras.
a . b .
Gambar  6.  Grafik  hasil  uji  kekerasan  mikro  setelah  dipanaskan  pada  temperatur  350 o C  dan 450 o C pada: a. Lapisan U; dan b. Lapisan Al
0 100 200 300 400 500 1 2 3 Keke ras an mikr o , Hv 1.U-6Zr-2Nb; 2.U-6Zr-5Nb; 3. U-6Zr-8Nb T = 350 oC T= 450 oC

## c. Pembentukan Fasa
Gambar
7.a, b, dan c yang menampilkan hasil pengujian fasa dari sampel yang  dipanaskan  pada  temperatur  350 o C dengan  menggunakan  peralatan  XRD  dan diolah  datnya  menggunakan  program Hight S co re Plus menujukkan terbentuknya  oksida UO 3 ,  fasa  U  dan  fasa  Al.  Senyawa  UO 3 terbentuk  pada  semua  sampel  uji    fasa  U pada  sampel  U-6Zr-2Nb  dan  U-6Zr-5Nb sedangkan logam  Al hanya pada U-6Zr-2Nb. Senyawa UO 3 muncul pada sudut 2θ berturut- turut    14,02,  16,76  dan  43,45 o ;  fasa γ-U muncul  pada  sudut  2 θ  sebesar  36,05  dan 50,45 o sedangkan  Al   muncul pada sudut  2θ sebesar  44,37 o .
a.
b.

## c.
Gambar 7. Pola  difraksi    hasil  pemanasan sampel pada temperatur 350°C a. U - 6Zr-2Nb
b. U - 6Zr-5Nb c. U - 6Zr-8Nb
Gambar 8.a, b, dan c yang merupakan hasil pemanasan pada temperatur 450 o C  menunjukkan  terbentuknya  senyawa
UO 3 , fasa γ-U dan Al (  ).  Senyawa UO 3 dan Al (  ) pada semua sampel uji sedangkan fasa γ-U  hanya pada sampel U-6Zr-2Nb. Senyawa UO 3 muncul  pada  sudut  2θ  berturut-turut sebesar 14,02;  16,76  dan 43,45 o ; logam Al muncul  pada  sudut  2θ  sebesar  44,37 o sedangkan  fasa γ-U  muncul  pada  sudut  2θ sebesar 36,05 dan 50,45 o .
a.
b. c. Gambar 8. Pola difraksi sampel hasil pemanasan pada temperatur proses 450°C a. U - 6Zr-2Nb
b. U - 6Zr-5Nb c. U - 6Zr-8Nb
Munculnya senyawa UO 3 disebabkan terjadinya  oksidasi  baik  pada  saat  preparasi sampel  maupun  pada  saat  pemanasan  yang terbuka  sehingga  oksigen  dari  udara  dalam kondisi  panas  mengoksidasi  logam  U.  Fasa γ-U  terbentuk  karena  adanya  penambahan logam  Nb  ke  dalam  paduan  U-Zr,  dimana keberadaan  logam  Nb  akan  memperluas daerah fasa  Unsur-unsur seperti Mo, Nb, Ti, dan  Zr  adalah  sering  digunakan  sebagai
Pengaruh Temperatur dan Komposisi Nb Terhadap Interdifusi Paduan U-Zr-Nb (Maman Kartaman Ajiriyanto, Masrukan, Fajar Al Afghani, Yanlinastuti)
bahan pengganti untuk menstabilkan fase γ-U pada  temperatur  rendah.  Fase  dari  uranium murni  tidak  dapat  dipertahankan  dalam kondisi  metastabil  pada  temperatur  rendah yaitu,  pada  temperatur  di  mana  adalah  fase kesetimbangan.  Lebih-lebih  lagi,  elemen- elemen  ini  memiliki  penampang  neutron termal rendah dan kelarutan tinggi dalam fase γ-U.  Unsur-unsur  seperti  Mo,  Nb,  Ti,  dan  Zr sering  digunakan  sebagai  bahan  pengganti untuk menstabilkan fase γ-U pada temperatur rendah. Fase  dari  uranium  murni  tidak  dapat dipertahankan dalam kondisi metastabil pada temperatur  rendah  yaitu,  pada  temperatur  di mana  adalah  fase  α  dalam  kesetimbangan. Lebih-lebih  lagi,  unsur –unsur    tersebut memiliki  penampang  neutron  termal  rendah dan kelarutan tinggi dalam fase γ-U[13]. Dari pengujian mengunakan peralatan  XRD tidak terlihat adanya interaksi antara  U-Zr-Nb  dengan  Al  yang  dapat membentuk UAl 3 .Terbentuknya senyawa UAl 3 sedapat  mungkin  dihindari  di  dalam  bahan bakar. Pembentukan UAI 3 memberikan kontribusi  pembentukan swelling tetapi  tidak merupakan  faktor  yang    dominan[10].  Hal  ini menunjukkan bahwa pemanasan pada temperature  350 o C  hingga  450 o C  tidak menyebabkan timbulnya senyawa yang dapat mengganggu kinerja bahan bakar .

## SIMPULAN
Hasil  pengujian intermik antara bahan
bakar U-Zr-Nb menunjukkan
bahwa temperatur pemanasan pada kedua permukaan  antara  bahan  bakar  U-Zr-Nb dengan  kelongsong  Al  mempunyai  pengaruh yang signifikan terhadap kualitas  permukaan antara  dua  lapisan.  Hasil  pengujian  pada permukaan  kedua  permukaan  antara  bahan bakar  U-Zr-Nb  dengan  kelongsong  Albelum menghasilkan ikatan yang rapat antara bahan bakarU - 6Zr-2Nb,  U - 6Zr-5Nb,  dan  U - 6Zr-8Nb dengan  pelat  Al  yang  dipanaskan  pada temperatur  350  dan  450 o C.  Semakin  tinggi kandungan  Nb  semakin  rapat  ikatan  antara bahan  bakar  U-Zr-Nb  dengan  pelat  Al. Kekerasan pada interface sulit diukur sedangkan
pada daerah
U-Zr-Nb
menunjukkan  kenaikan  kekerasan  pada pemanasan  dari  350    menjadi  450 o C  rata – rata  sebesar  52,37  HV,  sedangkan  pada bagian Al terjadi  penurunan kekerasan   rata- rata  sebesar  11,812  HV  pada  kenaikan temperatur  pemanasan  dari  350  menjadi 450 o C. Terbentuk senyawa UO 3 pada semua sampel uji sedangkan fasa  -U terbentuk pada
sampel  U-6Zr-2Nb  baik  yg  dipanaskan  pada temperature 350  maupun 450 o C..

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terima  kasih  kami  sampaikan kepada  Bapak  Slamet  Pribadi,  Suyoto  dan Dedy Haryadi serta seluruh pegawai PRTBBN terutama  personel  IEBE  atas  bantuannya hingga penelitian ini dapat diselesaikan.

## PERNYATAAN KONTRIBUTOR
Kontributor  utama  dalam  makalah  ini adalah  Masrukan  dan  Maman  Kartaman Ajiriyanto. Sebagai kontributor anggota adalah Fajar Al Afghani dan Yanlinastuti.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Supardjo,  H  Suwarno,  A.  Kadarjono, “Karakteristik  paduan  U-7%Mo  dan U-7%Mo-x%Si      (x=1,  2  dan  3%)  hasil peleburan  dalam  tungku  busur  listrik, ”
Jurnal  Ilmiah  Daur  Bahan  Bakar  Nuklir Urania , vol. 15, no. 4, hal. 171-232, 2009.
[2]  Suwardi ,“Performance prediction of high density  nuclear  fuel  plate  containing U−7%Mo/Al” ,  Jurnal  Ilmiah  Daur  Bahan Bakar  Nuklir  Urania ”. vol.18,  no.3,  hal. 163−171, 2012.
[3]  H.  Naini,  F.  Monado,  Meni ,  “Studi parameter  burnup  sel  bahan  bakar berbasis  Prosiding  Semirata  Bidang uranium metalik (UZr) pada reaktor cepat berpendingin  helium”,  MIPA,  Jambi,  12- 14 Mei 2017, hal. 1029-1036.
[4]  R.  W.  D.  Pais,  A.  M.  dos  Santos, "Isothermal  phase  transformation  of U-Zr-Nb  alloys  foradvanced  nuclear fuels ”, Physical  Sciences,  Engineering and  Technology,  Intech  Open  Book Series ,  2013.
[5]  Balart, et.all , “Progress on LEU very high density  fuel  and  target  development Argentina ”, RFM Meeting , 30 April-3 May 2006, Sofia, Bulgaria.
[6]  K.  Ghoshal,  S.  Kaity,  S.  Mishra, “Microstructural  investigation  of  uranium rich  U –Zr–Nb  ternary  alloy  system”, Journal of Nuclear Materials , vol. 446, pp. 217 –223, 2014.
[7]  S.  Kaity,  J.  Banerjee,  S.C.  Parida, "Structural,  microstructural  and  thermal analysis of U- (6-x)Zr -xNb alloys (x ¼ 0, 2, 4, 6), Journal of Nuclear Materials , vol. 504, pp. 234-250, 2018.
[8]  D. A Lopes, T. Augusto, G. Restivo, A. F. Padilha ,  “ Mechanical and thermal behaviour of U –Mo and U–Nb–Zr Alloys”,
Journal  of  Nuclear  Materials ,  vol.  440, no.1 –3, pp. 304-309,  2013.
[9]  Masrukan ,  “Pembuatan  pelat  eleman bakar    mini  U-6Zr/Al  untuk  bahan  bakar reaktor  riset”, Prosiding Pertemuan dan
Presentasi Ilmiah (PPIS),
Badan
Standarisasi Nasional (BSN), Bali, 8 Mei 2012. ISSN: 0853-9677.
[10]  Masrukan,  M.H.  Al  Hasa,  E.  Yusnitha. “Fabrication of Fuel Element Core (FEC) of U-6Zr-5Nb/Al to be Fuel Element Plate (FEP) With Variation of Uranium Density , ” Journal  of  Material  Research and  Technology ,  vol  10,  pp.  216-224, 2021.
[11]  Supardjo ,  “Studi  sifat  bahan  bakar uranium silisida akibat  iradiasi. Prosiding Pesentasi  llmiah  Daur  Bahan  Bakar Nuklir  II  PEBN-BATAN,    Jakarta,  19-20 Nopember 1996.
[12]  M. K. Ajiriyanto, A. B. Ginting, Supardjo, Boybul ,  “Pengaruh  temperatur  dan iradiasi  terhadap  interdifusi  partikel bahan  bakar  jenis  U−7Mo/Al”, Jurnal Ilmiah  Daur  Bahan  Bakar  Nuklir  Urania , vol. 22 No. 1, hal. 1 – 64, 2016,
[13]  A.  S.  Ferreiraa,  F.  R.  Longen,  R.  A.  M Gotardoc, ”Synthesis  and  Structural Characterization  of  U-Zr-Nb  Alloys ” , Journal  of  Materials  Research ,  vol.    21 no. 1,  2018.
Pengaruh Temperatur dan Komposisi Nb Terhadap Interdifusi Paduan U-Zr-Nb (Maman Kartaman Ajiriyanto, Masrukan, Fajar Al Afghani, Yanlinastuti)

## Lampiran

## Tabel 1. Kekerasan mikro pada bagian logam U dan Al
No Sampel d1 d2 Hv Rata-rata U-6Zr-5Nb, 450 o C 1 U 20,10 20,28 352,7 461,125 2 22,20 22,07 531,7 3 21,54 23,41 528,6 4 21,82 21,11 431,5 1 Al 61,82 60,03 50
52,18 2 58,88 59,75 52,7 3 57,22 59,45 52,7 4 59,01 60,31 52,1 5 57,13 60,68 53,4 U-6Zr-8Nb, 450 o C 1 U 17,13 18,13 596,6
484,12 2 18,13 20,35 500,9 3 19,60 21,24 444,7 4 19,99 20,60 450,2 5 20,85 20,77 428,2 1 Al 54,4 52,36 64,9
59,66 2 55,88 56,51 58,7 3 54,95 55,76 60,5 4 55,75 57,56 57,8 5 56,85 57,79 56,4 U-6Zr-2Nb, 450 o C 1 Al 70,95 69,80 37,4 37,55 2 69,66 70,62 37,7 1 U 20,19 20,70 443,6
443,46 2 23,17 22,44 356,6 3 19,13 19,16 494,0 4 18,5 20,92 477,3 5 19,99 20,80 445,8
Tabel 2. Kekerasan mikro pada bagian logam U dan Al No Sampel d1 d2 HV Rata-rata U-6Zr-5Nb, 350 o C
1 U 441,7 393,88
2 370,1 3 367,1 4 402,5 5 389
1 Al 66,5
59,65 2 66,9 3 50,4 4 54,8 U-6Zr-8Nb, 350 o C
1
U
394,0
387,7 2 364,0 3 414,8 4 378,8
1 Al 57,2
62,275 2 64,2 3 63,2 4 64,5 U-6Zr-2Nb, 350 o C
1
Al
57,8
60,275 2 60,7 3 64,7 4 57,9
1 U 451,3
450,025 2 489,2 3 418,1 4 441,5