(Sungkono, Futichah)

## PENGARUH KANDUNGAN Fe DAN Mo TERHADAP
KETAHANAN KOROSI INGOT PADUAN ZIRLO-Mo

## DALAM MEDIA UAP AIR JENUH
Sungkono (1) , Futichah (1)
1. Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir (PTBN) – BATAN
Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang Selatan 15314
E-Mail: sungkhana@gmail.com
(Naskah diterima: 05-09-2011, disetujui: 30-09-2011)

## ABSTRAK
PENGARUH  KANDUNGAN  Fe  dan  Mo  TERHADAP  KETAHANAN  KOROSI  INGOT PADUAN  ZIRLO-Mo  DALAM  MEDIA  UAP  AIR  JENUH. Salah  satu  cara  untuk  meningkatkan efisiensi  reaktor  PWR  maju  adalah  menaikkan  fraksi  bakar  dari  bahan  bakarnya.  Hal  ini menyebabkan waktu pemakaian elemen bakar di dalam teras reaktor nuklir semakin lama, sehingga memungkinkan  terjadinya  penurunan  sifat  mekanik  dan  ketahanan  korosi  material  kelongsongnya. Oleh  karena  itu  perlu  dikembangkan  material  baru  yang  mempunyai  ketahanan  korosi  dan ketangguhan lebih tinggi dibandingkan zircaloy-4, diantaranya Zirlo. Pada penelitian ini telah dibuat ingot  paduan  Zirlo-Mo  dengan  bahan  baku sponge Zr,  serta  serbuk  Nb,  Sn,  Fe,  dan  Mo, menggunakan  tungku  peleburan  vakum.  Tujuan  penelitian  adalah  mempelajari  ketahanan  korosi ingot paduan Zirlo-Mo dalam media uap air jenuh. Metoda yang digunakan adalah uji korosi dengan metoda  gravimetri  dan  pengamatan  lapisan  oksida  dengan  mikroskop  optik.  Hasil  penelitian menunjukkan  bahwa  ketahanan  korosi  terbaik  untuk ingot  paduan  Zirlo-Mo  dengan  1,0%  berat  Fe adalah  paduan  Zirlo-1,0%  Mo,  sedangkan  untuk  ingot  paduan  Zirlo-Mo  dengan  0,1%  berat  Fe adalah paduan Zirlo-0,5% Mo. Ketahanan korosi paduan Zirlo-Mo dengan 0,1% dan 1,0% berat Fe dipengaruhi oleh unsur Mo dan Fe.
Kata kunci : ketahanan korosi, lapisan oksida, ingot, paduan Zirlo-Mo.

## ABSTRACT
EFFECT  OF  Fe  AND  Mo  CONTENTS  OF  CORROSION  RESISTANCE  ON  INGOT  OF ZIRLO-Mo ALLOYS IN SATURATED STEAM. One way to improve the efficiency of fuel element for advanced PWR reactor is to increase burnup of the  fuel. Increasing  the burnup  causes the fuel life time will be longer in the nuclear reactor core, thus allowing the reduction of mechanical properties and  corrosion  resistance  of  cladding  materials.  It  is  therefore  necessary  to  develop  new  materials that  have  a  corrosion  resistance  and  toughness  higher  than  Zircaloy-4,  including  Zirlo.  In  this research ingot of Zirlo – Mo alloys with raw materials of Zr sponge, and Nb, Sn, Fe, and Mo powders has been made using vacuum  melting furnace. The objective  of  this research is to study  corrosion resistance on ingot of Zirlo-Mo alloys in saturated steam. The methods employed was corrosion test using  the  gravimetric  method  and  the  observation  of  the  oxide  layer  using  an  optical  microscope. The  results  of  the  study  show  that  the  best  corrosion  resistance  for  ingot  of  Zirlo-Mo  alloys  with
1.0  wt% Fe is Zirlo-1.0% Mo alloy, while  for ingot Zirlo-Mo alloys with 0.1 wt% Fe is Zirlo-0.5% Mo alloy. The corrosion resistance of ingot of Zr-Mo alloys with 0.1% and 1.0 wt% Fe  influenced by Mo and Fe elements.
Key word : corrosion resistance, oxide layer, ingot, Zirlo-Mo alloy.

## PENDAHULUAN
Paduan  berbasis  zirkonium  dapat digunakan sebagai bahan kelongsong elemen bakar  nuklir  reaktor  daya  untuk  Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) karena mempunyai sifat fisis, mekanik, neutronik, dan ketahanan  korosi  yang  baik.  Kelongsong bahan  bakar  bertindak  sebagai security barrier guna  mencegah  terlepasnya  bahan radioaktif ke pendingin. Pada saat  ini paduan berbasis  zirkonium  yang  digunakan  sebagai material  kelongsong  adalah  zircaloy-4  untuk reaktor  daya  tipe  PWR  ( Pressurized  Water Reactor ),  zircaloy-2  untuk  tipe  BWR  ( Boiling Water Reactor ), dan Zr-2,5Nb untuk tipe GCR ( Gas Cooled Reactor ) [1] .
Para  peneliti  di  negara-negara  maju telah  melakukan  berbagai  inovasi  untuk meningkatkan  efisiensi  reaktor  daya  tipe PWR.  Salah  satu  solusi  yang  dikembangkan adalah  meningkatkan  efisiensi  penggunaan bahan  bakar  di  dalam  teras  reaktor,  yaitu dengan  cara  menaikkan  fraksi  bakar  ( burn up ) hingga 47 GWd/ton [2] . Hal ini menyebabkan  waktu  pemakaian  elemen bakar  di  dalam  teras  reaktor  semakin  lama.
Kondisi tersebut
berdampak pada kemungkinan  terjadinya  penurunan  sifat mekanik  dan  ketahanan  korosi  material kelongsong  dari  elemen  bakar  nuklir.  Oleh karena itu, perlu dikembangkan  material baru yang  mempunyai  ketahanan  korosi  dan ketangguhan lebih tinggi dibandingkan zircaloy-4  untuk  dapat  digunakan  sebagai kelongsong  elemen  bakar  reaktor  PWR maju [2,3] .    Salah  satu  kandidat  material kelongsong  yang  saat  ini  dikembangkan adalah  Zirlo  yaitu  paduan  berbasis  zirkonium dengan  unsur  pemadu  utama  1,0%  niobium, 1,0%  timah  putih,  dan  0,2%  berat  besi.  Dari
berbagai  literatur  diketahui  bahwa  Zirlo mempunyai  keunggulan  yaitu  laju  korosi rendah, sifat creep pada kondisi iradiasi baik, daya  tahan  mekanik  baik  pada  kondisi  fraksi bakar tinggi. Zirlo juga mempunyai ketahanan korosi  tinggi  dalam  lingkungan  air  dengan lithium [4,5] .
Dalam rangka meningkatkan
kompetensi  bidang  teknologi  pembuatan paduan berbasis zirkonium, telah dibuat ingot paduan  Zirlo-Mo  dengan  Fe  sebesar  0,1  dan 1,0%  berat  serta  Mo  sebesar  0  –  1%  berat. Ingot  paduan  Zirlo-Mo  dibuat  dari  campuran sponge  Zr,  serta  serbuk  Nb,  Sn,  Fe,  dan  Mo dengan  persentase  berat  tertentu,  dipres, kemudian  dilebur  dalam  tungku  peleburan vakum. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari  ketahanan    korosi  ingot  paduan Zirlo-Mo dalam media uap air jenuh. Hipotesa yang  diajukan  adalah  unsur  pemadu  utama yaitu  Fe  dan  Mo  mempengaruhi  laju  korosi dan  pertumbuhan  oksida  di  permukaan paduan Zirlo-Mo.

## TEORI
Perilaku  korosi  paduan  zirkonium, seperti  Zr-Mo  dalam  media  uap  air  jenuh awalnya terjadi pertumbuhan oksida kemudian oksidanya mengalami pengelupasan  atau  rontok,  dan  selanjutnya terjadi  pertumbuhan  oksida  kembali  di  lokasi oksida yang rontok atau terkelupas sebelumnya.  Fenomena  ini  dapat  dijelaskan bahwa  lapisan  oksida  yang  pertama  kali terbentuk  akan  membuat  level  tegangan tinggi  karena  adanya  perbedaan  volume antara  oksida  dan  logam.  Hal  ini  akan memberikan tegangan tekan pada oksida dan tegangan  tarik pada logam. Selain itu, unsur-
unsur  pemadu  dalam  matriks  zirkonium  akan mengambil  peran  dalam  reaksi  oksidasi. Tegangan  tekan  lokal  dan  kekosongan oksigen  yang  dihasilkan  oleh  reaksi  oksidasi memberikan  dampak  pada  stabilisasi  t-ZrO 2 . Presipitat  memainkan  peran  penting  dalam peningkatan  tegangan  pada  lapisan  oksida. Pada  saat  matriks  zirkonium  teroksidasi, presipitat  tidak  teroksidasi  pada  waktu  yang sama  dengan  unsur  pemadu  dari  paduan zirconium.  Presipitat-presipitat  bergabung  di dalam  oksida  sebagai  presipitat  intermetalik.
Zirkonium  yang  memiliki  reaktivitas  tinggi terhadap  oksigen  teroksidasi  lebih  dahulu. Oleh  karena  Fe,  Cr,  dan  Nb  membentuk presipitat  sehingga  memiliki  kelarutan  rendah dalam ZrO 2 , maka hanya sejumlah kecil yang larut  padat  ke  dalam  ZrO 2 .  Kondisi  ini memungkinkan  untuk  menstabilkan  fase tetragonal dengan kekosongan yang terbentuk  di  kisi  kristal  ZrO 2 .  Hal  ini memberikan  dampak  terhadap  atom-atom zirkonium  sehingga  tidak  dapat  berdifusi  ke arah antar muka  presipitat/ oksida.
.
Gambar 1. Mekanisme korosi paduan zirkonium [6] .
Pada  saat  zirkonium  teroksidasi menjadi  ZrO 2 ,  maka  akan  timbul  tekanan yang  disebabkan  oleh  adanya  beda  volume antara  presipitat  awal  dan  yang  baru terbentuk,  seperti  ditunjukkan  pada  Gambar 1.  Oksida  zirkonium,  t-ZrO 2 distabilkan  oleh
tegangan
tekan
dan kekosongan. Selanjutnya,  Nb  teroksidasi,  hal  ini  membuat konsentrasi  kekosongan  bertambah  tinggi dan membentuk klaster kekosongan.
Sementara itu t-ZrO 2 akan bertransformasi ke c-ZrO 2 guna  meminimalkan  energi  sistem. Adanya  pengembangan  volume  cukup  besar akibat oksidasi Nb akan mempercepat proses
pembentukan retak dan pembebasan tegangan  tekan  sehingga  terjadi  transisi kinetika,  sesuai  dengan  akhir  oksidasi presipitat. Pada saat ini, konsentrasi kekosongan  oksigen  dalam  lapisan  oksida maksimum dan presipitat tidak akan menimbulkan  tekanan  lokal  tambahan  pada oksida.  Hal  ini  dapat  digunakan  untuk menjelaskan fenomena dimana volume c-ZrO 2 meningkat  setelah  transisi  korosi. Proses  pengintian  c-ZrO 2 terjadi  selama transformasi  t-ZrO 2 ke  m-ZrO 2 .  Dengan proses  korosi,  kuantitas  t-ZrO 2 menurun. Sementara  itu,  c-ZrO 2 distabilkan  oleh
kekosongan  yang  dihasilkan  oleh  oksidasi Nb.  Secara  keseluruhan,  ada  penurunan fraksi  t-ZrO 2 terhadap  volume  keseluruhan oksida.  Relaksasi  tegangan  yang  terjadi menyebabkan  retak  dan  porositas  pada lapisan oksida. Retak dan porositas
menurunkan  sifat  pelindung  dari  lapisan oksida,  dan  mempercepat  serangan  korosi berikutnya.  Transisi  kinetika    berkaitan dengan pembebasan
tegangan sisa, sedangkan tegangan  tekan lebih tinggi  pada lapisan oksida berhubungan
dengan ketahanan korosi yang lebih baik.
Selama transisi kinetika di bagian luar oksida, t-ZrO 2 tidak mengalami fase transformasi  ke  m-ZrO 2 .  Oksida  t-ZrO 2 kemungkinan produk oksidasi zirkonium yang membentuk  presipitat  dan  secara  kimiawi stabil  dengan  adanya  Fe-Mo-Nb  dalam  kisi kristal.  Dengan  demikiani  t-ZrO 2 distabilkan oleh  tegangan  tekan,  sedangkan  c-ZrO 2 distabilkan oleh kekosongan yang merupakan produk oksidasi Nb [6] .
Selain itu, presipitat yang  terlalu kecil akan  cepat  teroksidasi,  sehingga  dapat menyebabkan  terjadinya  penurunan  periode pra-transisi.  Di  sisi  lain,  presipitat  besar membutuhkan banyak
waktu
untuk teroksidasi,  tetapi  kurang  efektif  dalam menstabilkan t-ZrO 2 . Sebuah kompromi dalam ukuran endapan akan mengoptimalkan ketahanan korosi paduan zirkonium.

## TATA KERJA
Bahan yang digunakan dalam penelitian  adalah  ingot  paduan  Zirlo-Mo dengan 0,1% dan 1,0% berat Fe serta 0 – 1% berat  Mo;  air  bebas  mineral;  kertas  ampelas; resin acryfic dan  pengeras;  pasta  intan,  dan bahan etsa. Peralatan yang digunakan dalam penelitian  adalah  mesin  potong accutom , autoclave ,  peralatan  metalografi,  neraca sartorius, dan mikroskop optik.
Metoda yang digunakan dalam penelitian  adalah  uji  korosi  paduan  Zirlo-Mo menggunakan metoda gravimetri [7] , sedangkan pengamatan mikrostruktur spesimen  pasca  uji  korosi  menggunakan mikroskop  optik.  Ingot  paduan  Zirlo-Mo sebagai spesimen uji korosi dipotong menggunakan mesin accutom untuk mendapatkan  ukuran  tertentu.  Permukaan spesimen hasil pemotongan diratakan menggunakan  mesin  gerinda  dengan  kertas ampelas grit 600. Spesimen tersebut kemudian diukur dimensinya untuk
menghitung  luas  permukaannya.  Permukaan spesimen  uji  di degreasing ,  dikeringkan, kemudian  dilakukan  penimbangan  berat  awal spesimen,  W 0 dan  pengukuran  dimensi spesimen untuk menghitung luas permukaannya, A. Proses uji korosi dilakukan dalam autoclave menggunakan  media    air bebas  mineral  (pH  =  7,15;  k L =  0,6  µS/cm). Temperatur  air  dipertahankan  pada  300  C dan  waktu  pengujian  spesimen  berda  Dalam autoclave bervariasi,  yaitu  24,  36,  48  jam.
Spesimen  hasi  uji  korosi  dalam autoclave dikeringkan  dan  ditimbang,  W 1 .  Pengukuran beda  berat ∆W  =  W 1 –  W 0 dilakukan  dengan menggunakan  timbangan  terhadap  spsimen sebelum dan sesudah uji koorisi. Pengamatan  lapisan  permukaan  terkorosi dianalisi  melalui  mikrostruktur  menggunakan mikroskop-optik.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## 1. Laju korosi
Data  hasil  pengujian  korosi  terhadap ingot paduan Zirlo-Mo dengan 1,0% berat Fe dan 0 – 1,0%  berat  Mo  (kode AS), serta 0,1 %  berat  Fe  dan  0  –  1%  berat  Mo  (kode  BS) dalam  media  uap  air  jenuh  pada  temperatur 300  C  dengan  rentang  waktu  24  –  48  jam diperlihatkan  pada  Tabel  1.    Selanjutnya  dari data Tabel
1 dibuat grafik yang menggambarkan hubungan antara laju korosi paduan  Zirlo-Mo  dengan  1,0%  berat  Fe
(Gambar  2).    Hubungan  antara  laju  korosi paduan  Zirlo-Mo  dengan  1,0%  berat  Fe dalam  media  uap  air  jenuh  pada    temperatur 300  C ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar  2  memperlihatkan  bahwa untuk  ingot  paduan  Zirlo-Mo  dengan  1,0% berat  Fe,  laju  korosi  meningkat  hingga  pada waktu  24  jam  kemudian  menurun  dari  24  ke 36 jam dan kemudian naik  dari 36 ke 48 jam. Fenomena laju korosi ini terjadi pada paduan Zirlo-Mo  dengan    0  –  0,7%  berat  Mo, sedangkan  paduan  Zirlo-1,0%  Mo  laju korosinya  menurun  dalam  rentang  24  –  48 jam.  Kondisi  laju  korosi  paduan  Zirlo-Mo dengan 0 – 0,7% berat  Mo terjadi penurunan disebabkan  dalam  rentang  24  –  36  jam
lapisan oksida yang terbentuk telah mencapai tebal  kritisnya  dan  kemudian  lapisan  oksida rontok.  Fenomena  laju  korosi  serupa  juga terjadi  pada  paduan  Zirlo-1,0%  Mo  dalam rentang  24  –  48  jam.  Kondisi  tersebut menunjukkan  bahwa  secara  umum  lapisan oksida  yang  terbentuk  belum  kompak  dan mudah rontok sehingga kehilangan fungsinya sebagai  lapis  lindung  terhadap  permukaan paduan Zirlo-Mo. Berdasarkan Gambar 2, laju korosi  paduan  Zirlo-1,0%  Mo  relatif  lebih stabil  dibandingkan  paduan  Zirlo-Mo  dengan 0 – 0,7% berat Mo. Dengan demikian paduan Zirlo-1,0%  Mo  mempunyai  ketahanan  korosi lebih  baik  dibandingkan  paduan  Zirlo-Mo dengan  0 – 0,7% berat Mo.
Tabel 1.   Data uji korosi paduan Zirlo-Mo dalam media uap air jenuh pada  temperatur 300  C. Kode Sampel  W/A (x10 -8 mg/mm 2 ) CR (x10 -8 mg/mm 2 /jam) 24 jam 36 jam 48 jam 24 jam 36 jam 48 jam AS1 146,62 0 127,06 6,11 0 2,65 AS2 557,30 0 0 23,22 0 0 AS3 309,21 - 1.156,30 - 443,30 12,88 - 32,12 - 9,23 AS4 127,29 - 184,65 88,34 5,30 - 5,13 1,84 AS5 145,36 0 74,08 6,05 0 1,54 AS6 158,91 220,64 131,00 6,62 6,13 2,73 BS1 361,48 - 11.715,72 4.293,50 15,06 - 325,44 89,45 BS2 - 146,62 1.082,35 4.996,35 - 6,11 - 30,06 104,09 BS3 322,97 - 16.164,82 4.891,55 13,46 - 449,02 101,91 BS4 261,93 3.593,51 598,12 10,91 99,82 12,46 BS5 176,13 18.907,18 - 445,49 7,34 525,20 - 9,28 BS6 157,24 - 9.003,75 16.810,88 6,55 - 250,10 350,22
Keterangan :
AS1 : Zirlo tanpa Mo dengan 1,0% berat Fe; AS2 : Zirlo dengan 0,1% Mo dan 1,0% berat Fe; AS3 : Zirlo dengan 0,3% Mo dan 1,0% berat Fe; AS4 : Zirlo dengan 0,5% Mo dan 1,0% berat Fe; AS5 : Zirlo dengan 0,7% Mo dan 1,0% berat Fe; AS6 : Zirlo dengan 1,0% Mo dan 1,0% berat Fe; BS1 : Zirlo tanpa Mo dengan 0,1% berat Fe; BS2 : Zirlo dengan 0,1% Mo dan 0,1% berat Fe; BS3 : Zirlo dengan 0,3% Mo dan 0,1% berat Fe; BS4 : Zirlo dengan 0,5% Mo dan 0,1% berat Fe; BS5 : Zirlo dengan 0,7% Mo dan 0,1% berat Fe; BS6 : Zirlo dengan 1,0% Mo dan 0,1% berat Fe.
Gambar 2. Laju korosi paduan Zirlo-Mo dengan 1,0% berat Fe dalam media uap air jenuh pada temperatur 300 o C
Gambar  3  memperlihatkan  bahwa paduan  Zirlo-Mo  dengan  0,1%  berat  Fe cenderung  laju  korosi  menurun  dari  24  ke 36 jam dan kemudian naik dari 36 ke 48 jam. Fenomena  tersebut    terjadi  pada  paduan Zirlo-Mo    dengan    0  –  0,3%  berat    Mo  dan Zirlo-1,0%  Mo.    Lapisan  oksida  yang terbentuk  pada  permukaan  paduan  Zirlo-Mo dengan  0  –  0,3%  berat  Mo  dan  Zirlo-1%  Mo dalam  rentang  24  –  36  jam  kemungkinan telah  mencapai  tebal  kritisnya  dan  kemudian rontok.  Kondisi  tersebut  menunjukkan  bahwa secara  umum  lapisan  oksida  yang  terbentuk
belum  kompak  sehingga  mudah  rontok  dan kehilangan  fungsinya  sebagai  lapis  lindung. Sementara  itu,  paduan  Zirlo  dengan  0,5  – 0,7%  berat  Mo,  laju  korosinya  naik  dalam rentang  24  –  48  jam.  Hal  ini  disebabkan lapisan  oksida  yang  terbentuk  kompak  dan berfungsi sebagai lapisan pelindung terhadap permukaan paduan Zirlo-Mo. Dengan demikian  ketahanan  korosi  paduan  Zirlo dengan  0,5  –  0,7%  berat  Mo  lebih  baik dibandingkan  paduan  Zirlo-Mo  dengan  0,1% berat Fe lainnya.
Gambar 3. Laju korosi paduan Zirlo-Mo dengan 0,1% berat Fe dalam media uap air jenuh pada  temperatur 300  C.
Berdasarkan  Gambar 2 dan 3 terlihat bahwa  untuk  kandungan  0  –  1,0%  Mo, paduan  Zirlo-Mo  dengan  1,0%  berat  Fe lebih tahan  korosi  dibandingkan  paduan  Zirlo-Mo dengan 0,1% berat Fe dalam lingkungan uap air  jenuh  pada  temperatur  300  C.  Kondisi tersebut  menunjukkan  bahwa  kandungan  Fe dalam  Zirlo-Mo  lebih  besar  dan  akan berdampak  terhadap  penurunan  laju  korosi paduan. Hal ini berkaitan dengan kebolehjadian  yang  lebih  besar  terjadinya pembentukan  presipitat  ZrFe 2 yang  stabil [7] . Pada paduan Zirlo-Mo dengan 1,0% berat Fe terlihat  adanya  kecenderungan  semakin besar kandungan Mo dalam paduan memberikan  dampak  laju  korosi  semakin tinggi  yang  ditandai  dengan  persaingan antara  pembentukan  dan pengelupasan lapisan  oksida.  Selain  itu,  semakin  besar kandungan  Mo  dalam  paduan  menyebabkan semakin  besar  ketidakhomogenan  struktur dalam paduan Zirlo-Mo. Oleh karena itu, ingot paduan Zirlo-Mo harus dihomogenisasi dengan  perlakuan  panas  yang  tepat  agar diperoleh mikrostruktur dengan butir ekuiaksial  yang  homogen.  Hal  ini  dilakukan untuk  meminimalkan  tegangan  sisa  yang terjadi  pada  lapisan  oksida  sehingga  lapisan oksida yang terbentuk padat dan kompak dan tidak  mudah  oksigen  berpenetrasi  masuk  ke dalam logam paduan Zirlo-Mo.

## 2. Lapisan oksida
Lapisan  oksida  yang  terbentuk  di permukaan  logam  paduan  Zirlo-Mo  dengan 1,0% berat Fe ditunjukkan pada Gambar 4, 5, dan  6.  Selain  itu,  Gambar  7,  8,  dan  9 memperlihatkan lapisan oksida yang
terbentuk  di  permukaan  logam  paduan  Zirlo- Mo dengan komposisi 0,1% berat Fe.
Gambar  4,  5  dan  6  memperlihatkan lapisan oksida yang terbentuk pada permukaan paduan Zirlo-Mo dengan 0 – 1,0% berat Mo dan 1,0% berat Fe dalam media uap air jenuh pada temperatur 300  C selama 24 - 48 jam. Gambar 3 terlihat lapisan oksida tipis pada  permukaan  paduan  Zirlo-Mo  dengan 1,0%  berat  Fe  pasca  uji  korosi  (300  C,  24 jam) mempunyai
morfologi struktur permukaan  lapisan  oksida  relatif  halus. Kondisi  ini    menunjukkan    terjadinya pertumbuhan oksida pada permukaan paduan  Zirlo-Mo  dengan  1,0%  berat  Fe.
Gambar 5
menunjukkan adanya kecenderungan  serupa  yaitu  lapisan  oksida terkelupas  dan  rontok  setelah  melewati  tebal kritisnya  (t  =  36  jam),  seperti  terlihat  pada morfologi struktur di permukaan ingot paduan Zirlo-Mo  dengan  1,0%  berat  Fe  pasca  uji korosi  (300  C,  36  jam).  Gambar  6 memperlihatkan terjadinya pertumbuhan oksida  kembali  di  permukaan  paduan  Zirlo- Mo  dengan  1,0%  berat  Fe  pasca  uji  korosi (300  C,  48  jam).  Dengan  demikian  terjadi persaingan antara pertumbuhan dan pengelupasan lapisan oksida. Lapisan  oksida yang  terkelupas  dan  rontok  terlihat  dari bentuk permukaan oksida yang tak beraturan.
Kondisi  tersebut  menunjukkan  bahwa  secara umum  lapisan  oksida  yang  terbentuk  belum kompak sehingga mudah rontok. Ditinjau dari bentuk  permukaan  oksida,  paduan  Zirlo-1% Mo  merupakan  yang  terbaik  karena  lapisan oksida yang terbentuk relatif kompak dibandingkan  paduan  Zirlo-Mo  dengan  1,0% berat Fe yang lainnya.

## Lapisan oksida
100  m
(a)
100  m (b) 100  m
(c)
100  m (d) 100  m (e) 100  m
(f)
Gambar 4.     Mikrograf lapisan oksida logam paduan Zirlo-Mo dengan 1,0% berat Fe pasca uji korosi dalam media uap air jenuh pada temperatur 300  C selama 24 jam. (a) Zirlo tanpa Mo; (b) Zirlo-0,1%Mo; (c) Zirlo-0,3% Mo; (d) Zirlo-0,5% Mo; (e) Zirlo-0,7% Mo; (f) Zirlo-1% Mo
Lapisan oksida
100  m
(a)
100  m
(b) 100  m
(c)
100  m (d)
100  m
(e) 100  m
(f)
Gambar  5.      Mikrograf  lapisan  oksida  logam  paduan  Zirlo-Mo  dengan  1,0%  berat    Fe  pasca  uji korosi dalam media uap air jenuh pada temperatur 300  C selama 36 jam. (a) Zirlo tanpa Mo; (b) Zirlo-0,1%Mo; (c) Zirlo-0,3% Mo; (d) Zirlo-0,5% Mo; (e) Zirlo-0,7% Mo; (f) Zirlo-1% Mo
(Sungkono, Futichah)

## Lapisan oksida                                           Permukaan oksida
100  m
(a)
100  m
(b) 100  m (c) 100  m (d)
100  m
(e) 100  m
(f)
Gambar  6        Mikrograf  lapisan  oksida  logam  paduan  Zirlo-Mo  dengan  1,0%  berat    Fe  pasca  uji korosi dalam media uap air jenuh pada temperatur 300  C selama 48 jam. (a) Zirlo tanpa Mo; (b) Zirlo-0,1%Mo; (c) Zirlo-0,3% Mo; (d) Zirlo-0,5% Mo; (e) Zirlo-0,7% Mo; (f) Zirlo-1% Mo
Gambar  7,  8  dan  9  memperlihatkan lapisan oksida yang terbentuk pada permukaan paduan Zirlo-Mo dengan 0 – 1,0% berat Mo dan 0,1% berat Fe dalam media uap air jenuh pada temperatur 300  C selama 24 - 48  jam.  Pada  Gambar  7,  8  dan  9  tersebut terlihat  adanya  kecenderungan  serupa  yaitu umumnya terjadi pertumbuhan lapisan oksida kecuali  untuk  paduan  Zirlo-0,1%  Mo  yang telah mengalami pengelupasan oksida (t  =  24  jam)  kemudian  terkelupas  dan  rontok setelah  melewati  tebal  kritisnya,  kecuali paduan  Zirlo-0,5%  Mo  dan  Zirlo-0,7%  Mo yang mengalami pertumbuhan oksida
(t  =  36 jam),  selanjutnya  terjadi  pertumbuhan oksida kembali, kecuali paduan Zirlo-0,5% Mo
dan Zirlo-0,7% Mo yang mengalami pengelupasan  oksida  (t  =  48  jam).  Dengan demikian terjadi persaingan antara pertumbuhan  dan  pengelupasan  lapisan oksida.  Lapisan  oksida  yang  terkelupas  dan rontok  terlihat  dari  bentuk  permukaan  oksida yang  tak  beraturan.    Kondisi  tersebut menunjukkan  bahwa  secara  umum  lapisan oksida yang terbentuk belum kompak sehingga  mudah  rontok.  Ditinjau  dari  bentuk permukaan  oksida,  paduan  Zirlo-0,5%  Mo merupakan  yang  terbaik  karena  lapisan oksida yang terbentuk relatif kompak dibandingkan  paduan  Zirlo-Mo  dengan  0,1% berat Fe yang lainnya.

## Lapisan oksida
100  m (a)
100  m (b)
100  m
(c)
100  m
(d)
100  m (e) 100  m
(f)
Gambar  7.      Mikrograf  lapisan  oksida  logam  paduan  Zirlo-Mo  dengan  0,1%  berat    Fe  pasca  uji korosi dalam media uap air jenuh pada temperatur 300  C selama 24 jam. (a) Zirlo tanpa Mo; (b) Zirlo-0,1%Mo; (c) Zirlo-0,3% Mo; (d) Zirlo-0,5% Mo; (e) Zirlo-0,7% Mo; (f) Zirlo-1% Mo.

## Lapisan oksida rontok
100  m
(a)
100  m (b) 100  m
(c)
100  m (d)
100  m (e) 100  m (f)
Gambar  8.      Mikrograf  lapisan  oksida  logam  paduan  Zirlo-Mo  dengan  0,1%  berat    Fe  pasca  uji korosi dalam media uap air jenuh pada temperatur 300  C selama 36 jam. (a) Zirlo tanpa Mo; (b) Zirlo-0,1%Mo; (c) Zirlo-0,3% Mo; (d) Zirlo-0,5% Mo; (e) Zirlo-0,7% Mo; (f) Zirlo-1% Mo.
(Sungkono, Futichah)

## Permukaan oksida                                            Lapisan oksida rontok
100  m (a) 100  m (b) 100  m
(c)
100  m
(d)
100  m (e) 100  m (f)
Gambar  9.      Mikrograf  lapisan  oksida  logam  paduan  Zirlo-Mo  dengan  0,1%  berat    Fe  pasca  uji korosi dalam media uap air jenuh pada temperatur 300  C selama 48 jam. (a) Zirlo tanpa Mo; (b) Zirlo-0,1%Mo; (c) Zirlo-0,3% Mo; (d) Zirlo-0,5% Mo; (d) Zirlo-0,7% Mo; (f) Zirlo-1% Mo
Berdasarkan Gambar 4, 5, 6, 7, 8 dan 9  diketahui  bahwa  lapisan  oksida  yang terbentuk  di  permukaan  paduan  Zirlo-Mo awalnya  kompak  kemudian  terkelupas  dan rontok  dan  selanjutnya  terjadi  pertumbuhan oksida.  Di  sisi  lain,  lapisan  oksida  yang terbentuk  di  permukaan  ingot  paduan  Zirlo- Mo  adalah  ZrO 2 yang  mempunyai  nisbah Pilling-Bedworth (R ) sebesar 1,56 [6] sehingga lapisan  oksida  yang  terbentuk  bersifat protektif. Senyawa ZrO 2 mempunyai
konduktivitas termal rendah sehingga dengan bertambah  tebalnya  lapisan  oksida  dan menurunnya konduktivitas termal logam ke air maka  temperatur  antarmuka  logam-oksida bertambah tinggi. Kondisi tersebut
menyebabkan  terjadinya  penumpukan  panas pada  antar  muka  oksida-logam  sehingga akan  menaikkan  tegangan  tekan  pada  sistim oksida-logam [7,8] .  Hal  ini  berdampak  pada kemungkinan terkelupas dan rontoknya lapisan  oksida  dan  merupakan  pemicu serangan  korosi  lokal  berikutnya  terhadap
permukaan  ingot  paduan  Zirlo-Mo  dengan 0,1% dan 1,0% berat Fe.
Berdasarkan Gambar 4, 5, 6, 7, 8 dan 9  pengaruh  Mo  terhadap  ketahanan  korosi paduan  Zirlo-Mo  dengan  0,1%  dan  1%  berat Fe belum nampak, karena pengujian korosinya  dilakukan  terhadap  ingot  leburan. Ingot  paduan  Zirlo-Mo  leburan  mempunyai struktur  butiran  tidak  seragam  sehingga tegangan  sisanya  tinggi.  Untuk  mengetahui pengaruh unsur Mo dan Fe terhadap perilaku korosi  paduan  Zirlo-Mo  sebaiknya  ingot leburan tersebut dilakupanaskan pada temperatur  di  bawah  temperatur  rekristalisasi dengan  waktu  penahanan  tertentu  dengan tujuan  untuk  mendapatkan  struktur  paduan Zirlo-Mo  yang  homogen  dan  ketahanan korosinya tinggi.
Perilaku  korosi  ingot  paduan  Zr-Mo dengan  0,1  dan  1%  berat  Fe  menunjukkan kecenderungan  serupa  yaitu  awalnya  terjadi pertumbuhan oksida kemudian pengelupasan
oksida atau rontok, dan selanjutnya pertumbuhan  oksida  kembali  di  lokasi  oksida yang  rontok  atau  terkelupas  sebelumnya. Fenomena ini dapat dijelaskan bahwa lapisan oksida  yang  pertama  kali  terbentuk  akan membuat  level  tegangan  tinggi  karena adanya perbedaan volume antara oksida dan logam.  Hal  ini  akan  memberikan  tegangan tekan  pada  oksida  dan  tegangan  tarik  pada logam. Tegangan tekan lokal dan kekosongan  oksigen  yang  dihasilkan  oleh reaksi  oksidasi  memberikan  dampak  pada stabilisasi  t-ZrO 2 .  Dengan  proses  korosi, terjadi  penurunan  fraksi  t-ZrO 2 terhadap volume keseluruhan oksida. Relaksasi tegangan  yang  terjadi  menyebabkan  retak dan porositas pada lapisan oksida. Retak dan porositas  menurunkan  sifat  pelindung  dari lapisan  oksida,  dan  mempercepat  serangan korosi berikutnya [6] .

## SIMPULAN
Berdasarkan  hasil  pengolahan  dan pengkajian  data  disimpulkan  bahwa  laju korosi  paduan  Zirlo-Mo  dengan  0  –  0,7% berat Mo dan 1,0% berat Fe, cenderung naik hingga  waktu  uji  24  jam,  kemudian  menurun antara  24  sampai  36  jam,  dan  selanjutnya naik  kembali  setelah  36  jam,  sedangkan  laju korosi paduan Zirlo-1,0% Mo menurun dalam rentang 24 – 48 jam.
Laju  korosi  paduan  Zirlo-Mo  dengan 0  –  0,3%  berat  Mo,  Zirlo-1,0%  Mo  dan  0,1% berat  Fe  cenderung  naik  hingga  waktu  uji  24 jam, kemudian menurun antara 24 sampai 36 jam  dan  selanjutnya  naik  kembali  setelah  36 jam,  sedangkan  laju  korosi  paduan    Zirlo dengan  0,5  –  0,7%  berat  Mo  cenderung  naik dalam rentang waktu 24 – 48 jam.
Ketahanan korosi terbaik untuk paduan  Zirlo-Mo  dengan  1,0%  berat  Fe adalah  paduan  Zirlo-1%  Mo,  sedangkan untuk paduan Zirlo-Mo dengan 0,1% berat Fe adalah  paduan  Zirlo-0,5%  Mo.  Ketahanan korosi paduan Zirlo-Mo dengan 0,1% dan 1% berat Fe dipengaruhi oleh unsur Mo dan Fe.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih kepada  Dedy  Haryadi,    Edi  Indarto,  Isfandi, Slamet Pribadi, dan Yatno Dwi Agus Susanto, yang  telah  membantu  pembuatan  ingot  Zirlo- Mo, preparasi sampel, pengamatan metalografi,  dan  pengujian  korosi,  sehingga penelitian ini dapat terlaksana dengan baik.

## DAFTAR PUSTAKA
[1].  COHEN,  P.,  (1985), “ Water  Coolant Technology of Power Reactors”,
American Nuclear Society, Illinois.
[2].  MEYER,  M.K.,  (2007),” High  Burnup Fuel” ,    GCEP  Fission  Workshop,  INL,  p.
5.
[3].  RUDLING, P., R. ADAMSON, B. COX, F. GARZAROLLI,  and  A.  STRASSER, (2008),”High Burnup Fuel Issues”,
Nuclear  Engineering  and  Technology, Vol. 40, No. 1,  p. 1-8. [4].  ANONYMOUS,  (2004),  “Zirlo  Cladding and Components”, Westinghouse Electric Co., Pittsburgh.
[5].  KIM,  H.H.,  J.H.  KIM,  J.  Y.  MOON,  H.S. LEE,  J.J.  KIM  and  Y.S.  CHAI,  (2010), “High-temperature  Oxidation  Behavior  of Zircaloy-4  and  Zirlo  in  Steam  Ambient”, J. Mater. Sci. Technology, p. 827 – 832.
[6].  HAIXIA, Z., (2009), “Study of Mechanism of New Zircaloys (PhD Thesis)”, Universite  de  Grenoble  and  X’ian
Jiaotong University. [7].  ANONYMOUS, “Aqueous Corrosion Testing  of  Samples  of  Zirconium  and
Zirconium Alloys”, ASTM G2M-06. [8].  TEODORO,  C.A.,  J.E.R  da  SILVA, L.A.A. TERREMOTO, M. CASTANHEIRA, A.T e SILVA, G. LUCKI and M. de A. DANNY, (2007), “Comparison of The Mechanical
Properties  and  Corrosion  Resistance  of Zirlo  and  Other  Zirconium  Alloys”,  INAC 2007, Santos, ISBN: 978-85-99141-02-1,