## PELAPISAN PERMUKAAN BAJA TAHAN KARAT AISI 304

## DENGAN KHROM OKSIDA MENGGUNAKAN
METODA SPUTTERING
Sungkono 1 , Jan Setiawan 1 , Isfandi 1 , Ihwanul Aziz 2
1 Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir – BATAN Kawasan Puspiptek Serpong Gd.20 Tangerang Selatan, Banten 15314
2 Pusat Sains dan Teknologi Akselerator – BATAN
Jalan Babarsari Kotak Pos 6101 ykbb Yogyakarta 55281 e-mail: sungkhana@gmail.com
(Naskah diterima: 20 –05–2019, Naskah direvisi: 03 –06–2019, Naskah disetujui: 12 –06–2019)

## ABSTRAK
PELAPISAN PERMUKAAN BAJA TAHAN KARAT AISI 304 DENGAN KHROM OKSIDA MENGGUNAKAN  METODE SPUTTERING. Baja tahan karat digunakan sebagai  bahan struktur reaktor daya tipe LWR, AGR dan LMFBR. Permasalahan bahan struktur yang timbul adalah ketahanan korosi rendah dan swelling dalam lingkungan radiasi tinggi. Salah satu cara yang digunakan adalah melapisi permukaan kelongsong baja tahan karat dengan khrom oksida. Tujuan penelitian adalah mendapatkan karakter mikrostruktur, kekerasan mikro, dan senyawa yang terbentuk pada lapisan permukaan baja tahan karat AISI 304. Metode yang digunakan adalah pelapisan permukaan AISI 304 dengan metode DC- sputtering . Proses pelapisan menggunakan bahan pelapis berupa target khrom, argon sebagai gas sputter , yang didoping gas oksigen dengan konsentrasi bervariasi dari 0 – 50 %volume, arus 10 – 20 mA, dan waktu 1 - 3 jam. Karakterisasi lapisan meliputi pengamatan mikrostruktur menggunakan mikroskop optik, kekerasan dengan microhardness Vickers tester , dan senyawa dalam lapisan dengan X-ray difractometer . Hasil penelitian menunjukkan bahwa mikrostruktur base metal tersusun dari fasa austenit dan endapan karbida, antarmuka logam-lapisan terlihat jelas, serta lapisan kompak dan homogen dengan ketebalan cenderung naik dalam rentang 0 – 30 %volume, menurun pada 30 – 40 %volume, dan bertambah tebal pada 40 – 50 %volume gas O 2 Kekerasan lapisan bertambah tinggi hingga doping gas oksigen 30 %volume, kemudian menurun hingga 50 %volume gas O 2 . Pada konsentrasi dopan tetap dengan arus  10 – 20 mA dan waktu proses 1 – 3 jam diketahui kekerasan lapisan permukaan AISI 304 bertambah tinggi seiring dengan meningkatnya arus  dan  waktu sputtering .  Pada  konsentrasi  dopan  30 %volume O 2 ,  arus  10  mA dan waktu 2 jam, lapisan yang terbentuk mengandung CrO 2 .
Kata kunci: L apisan permukaan, bahan struktur, AISI 304, mikrostruktur, senyawa lapisan

## ABSTRACT

## SURFACE  COATING  OF  AISI  304  STAINLESS  STEEL  WITH  CHROMIUM  OXIDE  BY SPUTTERING METHOD. Stainless steel has been used as structure material of power reactors of
LWR,  AGR  and  LMFBR  types.  The  problem  of  structural  materials  that  arises  is  low  corrosion resistance and swelling in high irradiation environments. One method to overcome this problem is surface  coating  of  the  stainless  steel  cladding  with  chromium  oxide.  The  aim  of  this  study  is  to obtain the characteristics of microstructure, microhardness, and compounds formed in the surface layer  of  AISI  304  stainless  steel.  DC-sputtering  method  was  used  for  the  coating  of  AISI  304 surface.  The  coating  process  used  coater  material  of  chromium  target  and  argon  as  sputtering gas  which  was  mixed  with  oxygen  gas  with  concentrations  varying  from  0  -  50%  volume.  The process  was  carried  out  at  10  -  20  mA  current  for  1  -  3  hours.  Characterization  of  the  layer includes  microstructure  observation  using  optical  microscope,  hardness  with  microhardness Vickers tester, and compounds analysis in layers with X-ray diffractometer. The results shows that the  base  metal  microstructure  is  composed  of  austenite  and  carbide  deposits.  The  metal-layer interface is clearly visible. The thickness of the resulted compact and homogeneous layer tends to increase  for  O 2 gas  composition  in  the  range  of  0 –  30 %volume but decrease  for the range of 30 - 40 %volume and rise at 40 - 50 %volume. The hardness of the layer increases until oxygen gas  is  at  30  %volume  and  then  decreases  at  50  %volume  of  O 2 gas.  At  a  fixed  value  of  O 2 composition at a current of 10 - 20 mA and a process time of 1 - 3 hours, it is observed that the hardness of the SS 304 surface layer increases with increasing current and sputtering time. At a composition of 30 %volume of O 2 , 10 mA current and 2 hours process, the resulted layer contains CrO 2 .
Keywords : Surface layer, structure material, AISI 304, microstructure, layer compound.

## PENDAHULUAN
Bahan  struktur  berfungsi  sebagai wadah  secara  fisik  (proteksi  bahan  bakar), memberikan kekuatan mekanik, dan struktur penyangga untuk berbagai komponen reaktor  nuklir.  Bahan  struktur  yang  utarna adalah  kelongsong  bahan  bakar,  bejana tekan,  kanal  pendingin  bahan  bakar,  plat penyangga teras, dan sistem pipa pendingin [1] .  Baja  tahan  karat  digunakan sebagai  bahan  struktur  reaktor  daya  tipe AGR  ( Advanced  Gas-cooled  Reactors )  dan tipe  LMFBR  ( Liquid  Metal  Fast  Breeder Reactors ).  Bahan  bakar  reaktor  tipe  AGR menggunakan  kelongsong  dari  baja  tahan karat AISI 20 dan 25. Baja tahan karat (AISI) AISI  304  dan  304L  digunakan  sebagai bejana bertekanan reaktor LMFBR, AISI 316 dan AISI 316L digunakan sebagai kelongsong  bahan  bakar  LMFBR.  Suhu operasi  teras  reaktor  tipe  LMFBR  sekitar 500 o C[1]. Sementara itu, untuk reaktor daya tipe LWR menggunakan AISI  304/306 untuk primary  piping ,  AISI  308/309  untuk primary plenum  clad ,  AISI  304  untuk  dinding  teras, steam  dryers ,  dan preheater  tubing ,  serta AISI 405 untuk tube supports [2]. Selama pengoperasian reaktor nuklir,  komponen  struktur  akan  mengalami pembebanan  dinamis  yang  berfluktuasi.  Hal ini  dapat  mengakibatkan  terjadinya  cacat pada  permukaan  material  sehingga  memicu terjadinya  pemusatan  tegangan  lokal  pada material  baja  tahan  karat.  Kondisi  tersebut memungkinkan komponen struktur mengalami  penurunan  ketahanan  lelah  dan ketahanan  korosi[3].  Selain  itu,  faktor utilisasi seperti kelelahan mekanik, tegangan termal serta faktor lingkungan seperti radiasi partikel  neutron,  sinar  gamma,  lingkungan dan temperatur air pendingin dapat mempercepat  penuaan  komponen  struktur reaktor  nuklir.  Degradasi  material  dapat terjadi  karena  penuaan  akan  menimbulkan retak korosif, degradasi korosif atau irradiation  assisted  stress  corrosion cracking (IASCC). Sinar gamma yang
diterima  bahan  struktur  pendukung  teras reaktor  yang  berada  dalam  lingkungan  air dengan  temperatur  dan  tekanan  tinggi, dapat memicu bahan terkorosi dan menimbulkan  retakan  yang  disebut  IGSCC ( Intergranular Stress Corrosion Cracking )[4]. Salah  satu  cara  untuk  mengatasi permasalahan yang diuraikan di atas adalah meningkatkan sifat ketangguhan permukaan bahan  struktur  yaitu  dengan  cara  pelapisan permukaan pada baja tahan karat. Pelapisan  permukaan  logam  merupakan salah  satu  usaha  untuk  meningkatkan kekerasan, ketahanan aus, ketahanan korosi,  dan    ketahanan  terhadap  beban dinamis  bahan  struktur  terhadap  lingkungan operasi  reaktor  nuklir.  Salah  satu  metode yang  digunakan  untuk  pelapisan  bahan struktur adalah metode sputtering . Mekanisme  proses sputtering terdiri  dari beberapa tahapan, yaitu ion-ion sputter (gas argon)  dipercepat  pada  target,  kemudian beberapa  atom  keluar  dari  permukaan target,  dan  atom-atom  tersebut  mengalir sehingga  membentuk  awan  elektron  di sekitar substrat yang selanjutnya atom-atom tersebut  terdeposit  membentuk  lapisan  tipis pada permukaan substrat (AISI 304)[5].
Pang  mendapatkan  bahwa  fluks oksigen berpengaruh terhadap mikrostruktur lapisan  sehingga  kenaikan  fluks  oksigen menyebabkan lapisan khrom oksida bertransformasi  dari  amorf  ke  kristalin. Kekerasan, modulus elastisitas, dan ketahanan aus baja tahan karat berlapis tipis meningkat  seiring  dengan  meningkatnya fluks oksigen, namun adhesi lapisan menurun[6]. Hasil penelitian Melendez, et al, yaitu  lapisan  tipis  yang  terdeposit  pada permukaan  baja  tahan  karat  AISI  304  akan meningkatkan  ketahanan  korosi  terhadap lingkungan  agresif  ion-ion  Cl - sehingga dapat  menaikkan  ketahanannya  terhadap korosi sumuran ( pitting corrosion )[7]. Abu-Shgaiir, et.al dalam  penelitiannnya mendapatkan bahwa lapisan Cr x O y terdeposit  di  permukaan  baja  tahan  karat pada  temperatur  <500  C.  Lapisan  -Cr 2 O 3
terbentuk  pada  nisbah  gas  argon  terhadap oksigen  sama  dengan  1,  tegangan  bias  25 V, yang menghasilkan kekerasan lapisan 30 GPa[8].
Sehubungan  hal  tersebut,  maka dalam  penelitian  ini  akan  dilakukan  proses pelapisan  permukaan  AISI  304  dengan bahan  khrom  sebagai  target,  argon  sebagai sputter gas, dan gas oksigen sebagai dopan menggunakan metode
sputtering . Selanjutnya,  lapisan  yang  terbentuk  pada permukaan  AISI  304  dikarakterisasi  untuk mendapatkan karakter mikrostruktur, kekerasan  mikro,  dan  senyawa  yang terbentuk  dalam  lapisan.  Hipotesis  yang diajukan  adalah  konsentrasi  gas  dopan, arus,  dan  waktu sputtering mempengaruhi ketebalan,  kekerasan  mikro  dan  senyawa kimia lapisan permukaan AISI 304 .

## METODOLOGI
Bahan yang digunakan dalam penelitian  adalah  pelat  baja  tahan  karat (AISI  304)  dimensi  1,5  cm  x  1  cm  x  2  mm, pelat  khrom  kemurnian  99,95%  sebagai target, gas argon  kemurnian 99,99% sebagai gas sputter ,  dan  gas  O 2 kemurnian 99,99%  sebagai  dopan.    Sementara  itu, bahan  yang  digunakan  dalam  karakterisasi lapisan  pada  permukaan  AISI  304  adalah bahan mounting yaitu  resin acryfic dan pengeras, kertas ampelas, pasta intan, serta bahan  etsa.  Peralatan  yang  digunakan dalam  pelapisan  permukaan  AISI  304 adalah  mesin  DC- Sputtering ,  sedangkan peralatan  untuk  karakterisasi  lapisan  pada permukaan AISI 304 adalah mesin accutom , mesin  gerinda  dan  poles,  mikroskop  optik untuk mengetahui mikrostruktur dan ketebalan lapisan khrom oksida, microvickers hardness tester untuk menentukan  kekerasan  mikro base  metal dan  lapisan  permukaan  AISI  304,  serta difraktometer  sinar-X  untuk  menentukan senyawa kimia yang terbentuk dalam proses pelapisan AISI 304.
Proses  pelapisan  permukaan  AISI 304 dilakukan dengan mesin DC- Sputtering pada  kondisi  tegangan  bias  5  kV,  jarak antara  substrat  dan  target  25  mm,  tekanan 2.10 -2 bar. Penelitian awal dilakukan dengan konsentrasi  gas  oksigen  0 –50  %volume, arus  10  mA,  dan  waktu  proses  2  jam.  Dari hasil penelitian awal, sampel yang permukaannya telah terbentuk khrom oksida dengan  kekerasan  tertinggi  pada  kondisi konsentrasi oksigen  tertentu dijadikan  dasar untuk  penelitian  berikutnya  dengan  variasi arus  10,  15,  dan  20  mA  serta  variasi  waktu proses sputtering 1,  2,  dan  3  jam.  Langkah berikutnya,  mesin  DC- Sputtering dimatikan dan  setelah  dingin  AISI  304  berlapis  tipis khrom  oksida  dilepas  dari  pemegang spesimen.
Karakterisasi terhadap lapisan permukaan  AISI  304  dilakukan  dengan tahapan  sebagai  berikut  :  (1)  AISI  304 berlapis  tipis  dipotong  dengan  mesin accutom menjadi  2  bagian  masing-masing untuk  sampel  metalografi  dan  kekerasan serta sampel uji XRD; (2) sampel metalografi  dibingkai  dengan  resin acryfic dan pengeras, kemudian  diampelas dengan kertas  ampelas  grit  320  hingga  1.500  untuk mendapatkan  sampel  dengan  permukaan rata dan bebas goresan. Selanjutnya sampel dipoles dengan pasta intan untuk mendapatkan permukaan rata dan mengkilap,  dan  berikutnya  dietsa;  (3) pengamatan  mikrostruktur  sampel base metal dan  lapisan  permukaan  AISI  304 menggunakan
mikroskop
optik;
(4)
pengujian  kekerasan  mikro  sampel base metal dan  lapisan  permukaan  AISI  304 menggunakan microvickers hardness tester ; dan  (5)  pengujian  komposisi  senyawa  kimia lapisan  menggunakan  XRD.  Data  yang diperoleh dari karakterisasi lapisan  AISI 304 dianalisis untuk mengetahui karakter lapisan yaitu  mikrostruktur base  metal ,  antar  muka logam-lapisan,  ketebalan,  kekerasan  dan komposisi senyawa kimia lapisan.
(Sungkono, Jan Setiawan, Isfandi, Ikhwanul Azis)

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Mikrostruktur
Gambar 1 menunjukan mikrostruktur lapisan  permukaan  AISI  304.  Pada  Gambar 1 (a) terlihat bahwa mikrostruktur base metal
dari  sampel  dengan  fasa  austenit  dan endapan karbida di batas butir[7,9]. Gambar 1  (b),  (c),  (d),  (e)  dan  (f)  memperlihatkan mikrostruktur    lapisan permukaan  AISI  304 pada konsentrasi dopan  masing-masing 10, 20, 30, 40, dan 50 %volume.
(a)                                                               (b)
(c)                                                          (d)
(e)                                                                (f)
Gambar 1. Mikrostruktur  AISI  304  berlapis  tipis  pada  permukaannya  dengan  bahan  target  Cr, arus 10 mA, dan  waktu sputtering 2 jam
a) Base metal
b)  Konsentrasi dopan 10 %volume O 2
c)  Konsentrasi dopan 20 %volume O 2
d)  Konsentrasi dopan 30 %volume O 2
e)  Konsentrasi dopan 40 %volume O 2 f)  Konsentrasi dopan 50 %volume O 2
Pada  Gambar  1  terlihat  adanya antar  muka  ( interface )  logam-lapisan  yang nampak  jelas    membatasi    logam    dan lapisan,  serta    lapisan    yang    kompak  dan homogen. Selain itu, dari antarmuka lapisan- logam  terlihat  bahwa  daya  rekat  antara bahan  pelapis  dan base  metal sangat  baik.
Gambar  1  (b),  (c),  (d),  (e)  dan  (f) menunjukkan  lapisan  semakin  tebal  seiring dengan  kenaikan  konsentrasi  dopan  dalam rentang  10 –  30  %volume,  kemudian menurun  hingga  konsentrasi  40  %volume dan kembali bertambah tebal pada 50  %volume.  Dalam  rentang  konsentrasi dopan  10 –  30  %volume,  semakin  besar konsentrasi  dopan  maka  kebolehjadian terbentuknya  ion-ion  negatif  oksigen  dalam proses sputtering semakin  tinggi.  Kondisi tersebut memberikan dampak pada kebolehjadian interaksi antara ion-ion negatif oksigen dengan partikel-partikel energi tinggi dari  target  khrom  semakin  besar.  Partikel energi  tinggi  tersebut  berasal  dari  khrom yang  ditempatkan  pada  katoda  sebagai target  ditembaki  dengan  ion-ion  positif  gas argon [10] . Partikel-partikel dari target tersebut akan ter sputter ke segala arah dan sebelum sampai  ke  substrat  AISI  304  berinteraksi dengan  ion-ion negatif  oksigen yang berada di lingkungannya. Selanjutnya, hasil interaksinya  berupa  senyawa  khrom  oksida mengendap  dan  membentuk  lapisan  tipis pada permukaan AISI 304 Dengan demikian, semakin besar konsentrasi dopan oksigen maka ketebalan  lapisan permukaan AISI  304  semakin  tebal.  Namun,  ketebalan lapisan  menurun  pada  rentang  konsentrasi 30 –  40  %volume  O 2 yang  ditandai  dengan ketidakrataan  permukaan  lapisan  luar.  Hal ini  kemungkinan  disebabkan  lapisan  yang terbentuk  porous  dan  rontok.  Hal  ini menyebabkan,  permukaan  lapisan  menjadi lebih kasar dibandingkan lokasi lapisan lain. Pada  lokasi  lapisan  yang  kasar  terjadi pengintian  deposit  senyawa  khrom  oksida lebih  tinggi  dibandingkan  lokasi  lainnya sehingga terjadi pertumbuhan lapisan.
Dengan  demikian,  lapisan  menjadi  lebih
tebal hingga
konsentrasi
dopan 50  %volume.  Data  ketebalan lapisan permukaan  AISI  304  dengan  bahan  target khrom  sebagai  fungsi  konsentrasi  oksigen pada  arus  10  mA  dan  waktu  2  jam ditunjukan pada Gambar 2.
Gambar 2. Ketebalan  lapisan  permukaan AISI  304  dengan  bahan  target khrom sebagai fungsi konsentrasi oksigen  pada  arus  10  mA  dan waktu 2 jam.

## Kekerasan
Kekerasan  mikro base  metal dan lapisan permukaan AISI 304 dapat diketahui dengan menggunakan peralatan microvickers  hardness  tester .  Pada  uji kekerasan  mikro  digunakan  beban  indentor sebesar  25  gf  dengan  waktu  indentasi  10 detik,  yang  dilakukan  pada  5  (lima)  titik  di lokasi base  metal dan  lapisan  permukaan AISI  304.  Kekerasan  mikro  rata-rata base metal dan  lapisan    permukaan    AISI  304 ditunjukkan    Gambar  3.    Pada    Gambar  3 terlihat      bahwa    kekerasan  rerata base metal (AISI  304)  adalah  141,84  VHN. Kekerasan  lapisan  pada  permukaan  AISI 304  dengan  dopan  10  %volume  O 2 dan  20 %volume  O 2 relatif  sama,  yaitu  masing- masing  188,06  VHN  dan  184,74  VHN. Selanjutnya,  kekerasan  lapisan  bertambah tinggi, yaitu 202,46 VHN  pada 30 %volume O 2 ,  kemudian  menurun  menjadi  164,3  VHN pada 40 %volume O 2 dan 157,92 VHN pada
50 %volume O 2 .
0 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50 Ke te bala n (mm) %Volum O 2 Ketebalan rerata
Gambar 3. Kekerasan  lapisan  permukaan AISI  304    dengan  bahan  target khrom sebagai fungsi konsentrasi oksigen  pada  arus  10  mA  dan waktu 2 jam
Dari  Gambar  3  diketahui  bahwa proses  pelapisan  permukaan  AISI  304 ditentukan oleh konsentrasi dopan. Semakin besar  konsentrasi  gas  oksigen  maka kebolehjadian  terbentuknya  ion-ion  negatif oksigen  semakin  tinggi.  Hal  ini  akan memberikan  dampak  pada  kebolehjadian interaksi    antara    ion-ion    negatif    oksigen dengan    partikel-partikel    energi  tinggi    dari target  semakin  besar.  Hasil  interaksinya berupa  senyawa  khrom  oksida  mengendap dan  membentuk    lapisan    tipis    pada permukaan    AISI  304.    Dengan  demikian, semakin  besar  konsentrasi  dopan  oksigen maka  ketebalan  lapisan  permukaan  AISI 304  semakin    tebal.    Namun,  ketebalan lapisan tersebut akan berpengaruh terhadap  kekerasan  lapisan [11] .  Hal  ini disebabkan  semakin  banyak  ion  negatif oksigen  maka  semakin  cepat  berinteraksi dengan  partikel  berenergi  tinggi  sehingga kebolehjadian  membentuk  senyawa  khrom oksida  stabil  semakin  rendah.  Hal  ini berdampak  pada  penurunan  kekerasan lapisan  seperti  yang  ditunjukkan  pada sampel  dengan  konsentrasi  dopan  40 –  50
%volume O 2 .
Dengan  demikian,  ion-ion  negatif oksigen memainkan peranan penting
selama  proses  deposisi  lapisan  pada permukaan baja tahan karat. Dari Gambar 2 dan  3  diketahui  bahwa  proses sputtering untuk  sampel  AISI  304  dengan  konsentrasi dopan  30  %volume  O 2 merupakan  kondisi optimum pada arus 10 mA dan waktu proses 2 jam. Selanjutnya dilakukan proses sputtering baja tahan karat dengan konsentrasi dopan tetap, yaitu 30 % volume O 2 dengan  variasi  arus  10  -  20  mA  serta variasi waktu proses 1 - 3 jam.
Data  kekerasan  lapisan  ditunjukkan pada  Gambar  4,  yang  memperlihatkan bahwa    kekerasan    lapisan    pada permukaan    AISI  304    bertambah    tinggi seiring  dengan  bertambah  besarnya    arus dan  waktu sputtering .    Hal    ini  disebabkan semakin  besar  arus  maka  akan  dihasilkan semakin banyak partikel berenergi tinggi dan aktivitas  ion  negatif  oksigen  semakin  besar sehingga  kebolehjadian  interaksi  antara partikel  dan  ion-ion  oksigen  bertambah besar  yang  ditandai  dengan  terbentuknya lapisan  yang  kompak.  Selain  itu, bertambah lamanya sputtering maka atom- atom khrom dan    oksigen    dalam    senyawa    khrom oksida lebih menata diri dan bertransformasi  dari  amorf  ke  kristalin sehingga  terbentuk  lapisan  khrom  oksida yang lebih stabil dan keras.
Gambar 4. Kekerasan  lapisan  permukaan AISI 304 sebagai fungsi arus dan waktu sputtering pada konsentrasi 30 %volume O 2 .
0 50 100 150 200 250 0 10 20 30 40 50 Keke ras an lapisa n ( V HN) %Volum O 2 VHN rerata
0 100 200 300 400 500 1 2 3 Keke ras an (V HN ) Waktu sputtering (jam) 10 mA 15 mA 20 mA

## Komposisi Kimia
Komposisi  kimia  berupa  senyawa yang  terbentuk  dalam  lapisan  permukaan SS 304 dilakukan dengan peralatan difraktometer
sinar-X. Gambar
5
menunjukkan  pola  difraksi  sampel  SS  304 dengan  target  khrom,  Argon  sebagai  gas sputter dan  dopan  O 2 dengan  konsentrasi 30 %volume, arus 10 mA  dan waktu proses 2 jam.  Hasil analisis Rietveld pada  Gambar 5  memperlihatkan  bahwa  pada  lapisan permukaan  SS  304  berlapis  tipis  terdapat senyawa  CrO 2 dan  Al 2 O 3 serta    unsur  Fe. Adanya    senyawa  CrO 2 membuktikan
terjadinya  interaksi antara partikel energetik khrom  dengan  ion-ion  negatip  oksigen membentuk  khrom  oksida  yang  mengendap sebagai  lapisan  pada  permukaan  SS  304. Bentuk  oksida  dari  khrom  adalah  CrO 2 , CrO 3 ,  Cr 2 O 5 ,  dan  Cr 2 O 3 ,  dimana  bentuk Cr 2 O 3 paling  stabil [12,13]. Dengan  demikian, proses sputtering ini  belum  sempurna karena  belum  terbentuk  senyawa  Cr 2 O 3 yang  kompak  dan  sangat  keras  dengan  titik leleh  2.435  C,  densitas  5,22  g/cm 3 ,  dan struktur  kristalnya  heksagonal.  Menurut diagram Ellingham, senyawa Cr 2 O 3 terbentuk  pada  temperatur  tinggi  dan tekanan gas O 2 tinggi[14,15].
Gambar 5. Pola difraksi sampel SS 304 berlapis tipis khrom oksida

## SIMPULAN
Mikrostruktur  baja  tahan  karat  AISI 304  berlapis  tipis  khrom  oksida  mempunyai fasa  austenit  dan  endapan  karbida  di  batas butir.  Ketebalan  lapisan  naik  dalam  rentang 0 –  30  %volume,  menurun  pada  30  –  40 %volume,  dan  bertambah  tebal  pada 40 – 50 %volume gas O 2 Kekerasan lapisan bertambah tinggi hingga doping gas oksigen 30  %volume,  kemudian  menurun  hingga  50 %volume gas O 2 . Dalam rentang konsentrasi  oksigen  0 –  50%  volume
dengan arus 10 mA dan waktu proses 2 jam diperoleh  kondisi  optimal  SS  304  pada konsentrasi  dopan  30  %volume  O 2 .  Pada konsentrasi  dopan  tetap  dengan  arus 10 –  20  mA  dan  waktu  proses  1  –  3  jam
diketahui
kekerasan lapisan pada permukaan SS 304 bertambah tinggi seiring dengan bertambah besarnya arus dan waktu sputtering .  Pada  konsentrasi  dopan  30 %volume  O 2 ,  arus  10  mA  dan  waktu  2  jam, lapisan yang terbentuk mengandung senyawa khrom karbida (CrO 2 ).

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih kepada  Hari  Suprihatin  (PSTA-BATAN)  dan Purwanta (PTBBN-BATAN) yang telah membantu  pelaksanaan  proses  pelapisan permukaan baja tahan karat.

## DAFTAR PUSTAKA
[1].  A.  K.  Bhaduri,  K.  Laha, “Development of  improved  materials  for  structural components  of  sodium-cooled  fast reactors, ” Procedia  Engineering ,  vol. 130, pp. 598-608, 2015.
[2].  T.  Allen,  H.  Burlet,  R.K.  Nanstad,  and M.  Samaras, “Advanced  structural materials  and  cladding ,” Journal  of MCANES ,  vol.  34,  no.  1,  pp.  20-27, 2009.
[3]. P.  L.  Andressen,  “Stress  corrosion cracking  of  current  structural  materials in  commercial  nuclear  power  plants, ” Corrosion , vol. 69, no.10, pp. 1024-1038, 2013.
[4].  D.  S.  Gomes, et  al , “Evaluation  of corrosion  on  the  fuel  performance  of stainless  steel  cladding, ” APJ  Nuclear Science  Tech .,  vol.  2,  no.  40,  pp.  1-6. 2016.
[5].  C.  Sun,  X.  Yang,  W.  Yen, “Effect  of high-Al austenitic stainless alloy coatings prepared by magnetron sputtering on high temperature oxidation  resistance  of  316  stainless steel, ” Journal  of  Chinese  Society  for Corrosion and Protection , vol. 37, no. 6, pp. 590-596. 2017.
[6].  X. Pang, “Microstructures and mechanical  properties  of  chromium oxide  coatings, J.  Mater.  Res ,  vol.  22, no.12, pp. 3531-3537. 2007.
[7].  U.M.R  Seelam,  and  C.  Suryanarayana, “ Metallography of Sputter Deposited SS 304 + Al Coatings , ” Journal Metallography,  Microstructures,  and
Analysis,  vol.  2,  no.  5,  pp.  287-298, 2013.
[8].  C.  L.  Melendez, et.al, “Evaluation  of corrosion  resistance  of  thin  films  304 stainless steel deposited by sputtering, ”
Int.  J.  Electrochem.  Sci.,  vol.  7,  pp. 1149-1159, 2012.
[9].  U.M.R. Seelam, and C. Suryanarayana. Metallography  of  Sputter  Deposited  SS 304  +  Al  Coatings ,  J.  Metallography Microstructures  and  Analysis,  vol.  2, no.5, pp. 287-298, 2013.
[10]. D.  Magnfalt,. Fundamental  Processes in  Thin  Film  Growth : The  Origin  of Compressive  Stress  and  the  Dynamics of the Early Growth Stages , Dissertations No. 1592, Linkoping University, Sweden, 2014.
[11]. J. Ding, et.al , “Microstructure, mechanical,  oxidation  and  corrosion properties  of  the  Cr-Al-Si-N  coatings deposited  by  a  hybrid  sputtering system, ” Coatings ,  vol.  7,  no.119, pp. 1-17. 2017.
[12]. K.  Abu-Shgaiir, et.al ., “Characterizing crystalline  chromium  oxide  thin  film growth  parameters,  Rev.  Adv.  Matter.
Sci., vol. 24, pp. 64-68, 2010.
[13]. J.  Lin,  W.D.  Sproul, “Surface  and properties  of  Cr 2 O 3 coatings  deposited using  DCMS,  PDCMS,  and  DOMS, ”
Journal Surface and Coating
Technology , vol. 276, pp. 70-76, 2015.
[14]. A. Mittal, et.al ., “Some thermodynamics aspects  of  the  oxides  of  chromium, ”
Metallurgical and Materials Transactions  B , vol. 45, no. 2, pp. 338-
344, 2014..
[15]. Javid, S., et.al., “Deposition of chromium  thin  films  on  stainless  steel- 304  substrates  using  a  low  energy plasma focus device, ” Journal of Fusion Energy , vol. 31, pp. 242-248, 2012.