PENINGKATAN  SIFAT MEKANIK BAHAN STRUKTUR PADUAN ALUMINIUM FERO NIKEL DENGAN PENGUATAN FASA KEDUA DAN STRUKTUR BUTIR

## M.Husna Al Hasa
Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir – BATAN
Kawasan Puspiptek, Serpong Tangerang

## ABSTRAK
PENINGKATAN  SIFAT  MEKANIK  BAHAN  STRUKTUR  PADUAN  ALUMINIUM  FERO  NIKEL DENGAN  PENGUATAN  FASA  KEDUA  DAN  STRUKTUR  BUTIR. Pengembangan  paduan  logam aluminium  AlFeNi  sebagai  bahan  struktur  cladding  bahan  bakar  dilakukan  sebagai  antisipasi pengembangan bahan bakar reaktor riset  berdensitas tinggi guna mengimbangi sifat kekerasan bahan bakar.  Paduan  AlFeNi  diperoleh  melalui  proses  sintesis  dengan  metode  kompaksi  dan  peleburan. Proses  sintesis  ini  diharapkan  menghasilkan  peningkatan  sifat  mekanik  paduan  logam  AlFeNi. Karakterisasi  sifat  mekanik,  mikrostruktur  dan  identifikasi  fasa  dilakukan  terhadap  spesimen  hasil sintesis.  Pengujian  sifat  mekanik  dilakukan  dengan  pengukuran  kekerasan  paduan  menggunakan metode Vicker. Analisis mikrostruktur dilakukan dengan menggunakan metalografi-optikal. Analisis fasa dilakukan  berdasarkan  pola  difraksi  sinar  x  dan  diagram  kesetimbangan  fasa.  Hasil  pengukuran kekerasan paduan AlFeNi dengan kadar 1,5%Fe, 2%Fe dan  3%Fe masing-masing berkisar  45 HV, 50 HV  dan  59HV.  Hasil  analisis  mikrostruktur  memperlihatkan  struktur  butir  berbentuk  dendrit  dan cenderung mengalami perubahan seiring dengan meningkatnya kadar Fe dalam paduan. Mikrostruktur butir  dengan  kadar  1,5%Fe,  2%Fe  dan  3%Fe  memperlihatkan  struktur  butir  berbentuk  dendrit  yang cenderung mengecil dengan semakin tinggi kadar Fe dalam paduan. Hasil analis pola difraksi sinar x memperlihatkan kecenderungan pembentukan fasa  (FeAl 3 ) pada paduan AlFeNi dengan kadar 2%Fe dan  fasa  (FeNiAl 9 )  dengan  kadar  3%Fe.  Sifat  kekerasan  paduan  AlFeNi  relatif  semakin  meningkat seiring dngan meningkatnya unsur pemadu Fe dalam paduan.
Kata kunci: Paduan AlFeNi, kelongsong, kekerasan

## ABSTRACT
MECHANICAL  PROPERTIES  ENHANCED OF THE   NICKEL FERRO ALUMINUM ALLOY  WITH SECOND  PHASE  REINFORCEMENT  AND  GRAIN  STRUCTURE .  Development  of  AlFeNi  alloy for fuel cladding structure material was done as anticipation of  the high density fuel development for research reactor to balance the fuel hardness. The AlFeNi alloy was got to pass synthesis process with  method  of  compact  and  fusion.This  synthesis  was  supposed  will  increase  mechanical properties  of  the  AlFeNi  alloy.  The  characterization  of  mechanical  properties,  microstructure  and phase identification was done towards spesimen synthesis result. Mechanical properties testing was conducted with measurement of alloy hardness by using Vicker tester. The microstructure analysis was  performed  by  using  optical  metallography.  The  phase  analysis  was  done  based  on  x-ray diffraction pattern and phase equilibrium diagram. The hardness measurement result of the AlFeNi alloy  with  1,5%Fe,  2%Fe  and  3%Fe  was  about  45  HV,  50  HV  and  59  HV.  The  microstructure analysis  result  showed  grain  structure  was  dendrite  formed  and  tend  to  change  along  with  the
increasing  of  Fe  content  in  alloy.  The  grain  microstructure  with  1,5%Fe,  2%Fe  and  3%Fe  showed grain structure was dendrite formed inclined smaller with degree excelsior Fe content in the aalloy. The  result  of  x- ray  diffraction  pattern  analyst  shows  formation  inclination  the  θ  phasa  (FeAl 3 )  in AlFeNi alloy with 2%Fe and phase (FeNAl 9 ) with 3%Fe. The hardness of AlFeNi alloy was relatively more increase along with the increasing of  Fe content in blend.
Keywords: AlFeNi alloy, cladding, hardness .

## PENDAHULUAN
Paduan logam aluminium sudah digunakan  secara  luas  dalam  berbabagai bidang  sebagai  komponen  struktur  pendukung dan utama pada kegiatan kontruksi dan industri, baik industri transportasi maupun instalasi nuklir. Pada instalasi nuklir paduan aluminium digunakan  sebagai  bahan  struktur  komponen reaktor  dan  bahan  bakar  terutama  untuk cladding bahan  bakar. Cladding bahan  bakar berbasis  aluminium  telah  dikembangkan  oleh berbagai  negara  di  dunia  seiring  dengan pengembangan  bahan  bakar  maju  berdensitas tinggi. Pengembangan bahan struktur aluminium  sebagai cladding dilakukan  karena paduan aluminium memenuhi persyaratan yang diinginkan.  Pengembangan  bahan  struktur cladding ini  diharapkan  akan    mendapatkan paduan  logam  yang  memiliki  kekuatan  yang relatif  lebih  baik  guna  mengimbangi  sifat kekerasan bahan bakar densitas tinggi. Paduan aluminium  yang  berpotensi  untuk  digunakan sebagai cladding bahan bakar berdensitas tinggi dimasa  mendatang,  antara  lain,  AlMgNi  dan AlFeNi [1] .  Pengembangan  bahan  bakar  maju berdensitas tinggi berorientasi kepada penggunaan uranium pengkayaan rendah sesuai  dengan  program  RERTR  ( Reduced Enrichment  for  research  and  test  Reactors ) [2,3] . Program  ini  bertujuan  untuk    mengkonversi pemakaian  uranium  dari  pengayaan  tinggi  ke pengayaan  rendah  dan  semua  negara  yang terikat dengan perjanjian NPT ( Non Proliferation  Treaty )  telah  menindaklanjuti program  ini.  Perancis  telah  mengembangkan bahan bakar berdensitas tingi dengan menggunakan  bahan  struktur  kelongsong
paduan  AlFeNi  dan  beberapa  negara  Eropa lainnya  telah  pula  melakukan  pengkajian penggunaan  AlFeNi  sebagai cladding bahan bakar [4] .  Penelitian  yang  dilakukan  oleh beberapa negara,
seperti
Perancis
menginformasikan bahwa paduan logam AlFeNi memiliki  sifat  mekanik  dan  ketahanan  korosi yang  relatif  baik [4,5] .        Penelitian  ini  akan melakukan  karakterisasi  sifat  paduan  logam AlFeNi hasil eksperimen proses sintesis dengan metode metalurgi serbuk dan peleberun. Proses sintesis ini akan memberikan dampak peningkatan terhadap sifat logam terutama sifat mekanik.  Proses  sintesis  dengan  melakukan pemaduan  tiga  unsur  logam  Al,  Fe  dan  Ni diharapkan  akan  meningkatkan  sifat  logam, seperti  sifat  kekuatan  dan  kekerasan.  Menurut Dieter [6] menyatakan  bahwa  penguatan  sifat logam  dapat  ditingkatkan  melalui  beberapa mekanisme,  antara  lain  dengan  mekanisme pengerasan  regangan  ( strain  hardening ),  larut padat  ( solid  solution ),  dan  pembentukan  fasa kedua  ( second  phase ).  Pada  penelitian  ini dengan memadukan unsur logam Al dengan Fe dan Ni diharapakan sifat mekanik paduan logam akan mengalami peningkatan. Peningkatan sifat mekanik  terutama  sifat  kekerasan  paduan logam  dimungkinkan  terjadi  melalui  mekanisme larut  padat  dan  pembentukan  fasa  kedua  serta mikrostruktur  butir.  Pembentukan  fasa  dalam paduan  sangat  dipengaruhi  oleh  komposisi paduan dan suhu titik cair logam [7] . Pembentukan  fasa  akan  berpengaruh  pula terhadap sifat kekerasan bahan. Sifat kekerasan  bahan  cenderung  akan  semakin meningkat  dengan  semakin  bertambah  kadar unsur  paduan  atau  komposisi.  Komposisi paduan  juga  akan  memberikan  kontribusi
terhadap perubahan mikrostruktur butir logam. Bentuk  dan  besaran  mikrostruktur  butir  akan sangat  berkaitan  dengan  perubahan  sifat mekanik  terutama  kekuatan  dan  kekerasan bahan.

## TEORI
Menurut  Mondolfo [7] dan  Raynor [8] bahwa  reaksi  fasa  eutectik  paduan  aluminium dan  besi  mulai  terjadi  pada  suhu  652 o C dengan  kadar  1,8  %  Fe  dan  membentuk  fasa padat  +  yaitu  Al+FeAl 3 .  Fasa  memiliki batas  kemampuan  larut  padat  ( solid  solubility ) Fe  dalam  fasa α  (Al)  sampai  maksimum 0,04%Fe  pada  suhu  652 o C  .  Fasa  +  mulai terbentuk  pada  daerah  komposisi  0,04-37  % berat  Fe  di  bawah  suhu  652 o C.  Fasa  +  ini merupakan  hasil  transformasi  dari  pemaduan Al dan Fe yang mengikuti reaksi fasa eutectic , yaitu L   +  .  Besarnya fasa  dan  sangat dipengaruhi  oleh  kadar  Fe  sebagai  unsur pemadu. Kadar Fe semakin tinggi mengakibatkan semakin memperbesar  jumlah fasa  dalam  paduan.  Sementara  itu,  reaksi fasa  eutektik  aluminium  dengan  nikel  mulai terjadi  pada  suhu  640 o C  dengan  kadar  nikel sekitar  6%  berat  dan  batas  larut  padat  Ni dalam fasa  (Al)  maksimum  0,04  %.  Suhu  di bawah 1147 o C pada daerah komposisi  37-40 % Fe terbentuk fasa  seluruhnya, yaitu FeAl 3 . Suhu  di  atas  652 o C  hingga  1147 o C  dengan komposisi Fe di atas 1,8 % dan di bawah 37% terbentuk  fasa  L+  .  Apabila  kadar  Ni  dalam paduan melebihi batas larut padat di atas 0,04 % memungkinkan terbentuknya fasa  (NiAl 3 ). Fasa  mulai  terberntuk  pada  daerah komposisi  0,04-42  %  berat  Ni  di  bawah  suhu 640 o C.  Fasa  ini  merupakan  hasil transformasi  dari  pemaduan  Al  dan  Ni  yang mengikuti reaksi fasa eutectic , yaitu  L   +  . Besarnya  fasa  sangat  dipengaruhi  oleh tingkat  prosentase  kadar  Ni  dalam  paduan. Kadar  Ni  semakin  tinggi  mengakibatkan semakin  memperbesar    jumlah  fasa  dalam paduan. Mondolfo melalui diagram kesetimbangan  fasa  sistem ternary Al-Fe-Ni
menjelaskan  bahwa  mulai  pada  suhu  640 o C secara  bersamaan  dapat  terjadi  reaksi  fasa yang  membentuk  fasa  (FeNiAl 9 ).  Hal  ini dimungkinkan  bila  kadar  Ni  dan  Fe  memiliki jumlah  yang  besar  dalam  paduan.      Menurut Dieter [6] ,  kekuatan  logam  dapat  ditingkatkan melalui  pemaduan  dengan  satu  atau  beberapa unsur  pemadu.  Penambahan  unsur  paduan dapat  menghasilkan  kondisi  atom  yang  larut padat  ataupun  menghasilkan  senyawa  fasa yang  membentuk  fasa  kedua.  Penguatan dengan  fasa  kedua  dapat  ditingkatkan  lagi dengan  mengupayakan  agar  fasa  kedua  yang terjadi  berbentuk  halus  dan  tersebar  merata. Penguatan melalui mekanisme larut padat ( solid solution )  terjadi  akibat  adanya  atom-atom  asing yang larut padat baik secara substitusi  maupun interstisi.  Atom  asing  yang  larut  padat  tersebut dapat  berupa  unsur  pemadu  dalam  bentuk paduan  maupun  inklusi  berupa  atom  pengotor. Kelarutan  atom-atom  asing  dalam  bentuk  larut padat mengakibatkan timbulnya medan tegangan  disekitar  atom  yang  larut  dan  kondisi ini  akan  berdampak  terhadap  pergerakan dislokasi.  Dislokasi  yang  memiliki  medan tegangan disekitarnya akan terhambat gerakannya bila melewati atom-atom  yang larut padat  tersebut.  Pergerakan  dislokasi  semakin sukar  dengan  timbulnya  medan  tegangan sehingga  mengakibatkan  logam  menjadi  lebih kuat  atau  keras.  Penguatan  atau  pengerasan dapat  terjadi  pula  melalui  mekanisme  fasa kedua karena  timbulnya senyawa fasa paduan. Pembentukan  senyawa  fasa  kedua  dalam paduan  terjadi  karena  penambahan  unsur paduan  yang  melampaui  batas  larut  padat. Senyawa  fasa  yang  terbentuk  bersifat  relatif keras dan pergerakan dislokasi cenderung akan terhambat  oleh  pembentukan  fasa  kedua tersebut.  Pergerakan  dislokasi  yang  terhambat oleh  senyawa  fasa  kedua  akan  mengakibatkan memperkuat dan memperkeras logam. Penguatan dengan fasa kedua dapat ditingkatkan  lagi  dengan  metode  presipitasi yang  mampu  menghasilkan  fasa  kedua  yang halus. Pengerasan presipitasi merupakan pengerasan  melalui  partikel  endapan  fasa
kedua  yang  halus  dan  menyebar.  Distribusi presipitat  dalam  bentuk  partikel  endapan  fasa kedua  ini  menimbulkan  tegangan  dalam ( internal  stress ).  Tegangan  yang  ditimbulkan semakin  besar  akan  mengakibatkan  semakin meningkat kekuatan atau kekerasan.
Pengerasan presipitasi ini terjadi melalui proses perlakuan panas, quenching dan aging . Paduan logam  dalam  bentuk  dua  fasa  atau  lebih dipanaskan  pada  suhu  tertentu  sehingga senyawa  fasa  tersebut  akan  larut-padat  dalam satu  fasa  yang  relatif  homogen.  Fasa  yang relatif  homogen  tersebut  kemudian  didinginkan secara  cepat  sehingga  membentuk  fasa  larut padat super jenuh. Fasa larut padat super jenuh tersebut  kemudian  di aging sehingga  terbentuk presipitat  berupa  partikel  endapan  fasa  kedua yang halus dan tersebar merata yang mengakibatkan  bahan  menjadi  keras.  Menurut dieter [6] ,  penguatan  logam  dapat  ditingkatkan pula  melalui  struktur  butir.  Penguatan  dengan cara  penghalusan  butir  ( grain  refining ),  yaitu terjadi melalui bentuk dan ukuran butir. Struktur butir  memiliki  batas-batas  butir  dan  batas  butir merupakan rintangan bagi pergerakan dislokasi. Butir  semakin  halus  cenderung  akan  semakin memperbanyak  batas  butir.  Batas  butir  yang banyak  akan  mengakibatkan  gerakan  dislokasi semakin sukar karena semakin banyak rintangan.  Penghalusan  butir  dapat  dilakukan melalui proses pembekuan dan proses rekristalisasi.  Butir  logam  merupakan  kumpulan sel-satuan  yang  berorientasi  sama.  Polikristal memiliki  butir-butir  yang  orientasinya  berbeda satu  dengan  yang  lain.  Pada  saat  deformasi, dislokasi  akan  bergerak  pada  bidang  slip  dan berusaha  mencapai  permukaan  luar.  Oleh karena  orientasi  setiap  butir  berbeda  dengan yang  lain  sehingga  orientasi  bidang  slip  pada butir-butir  juga  akan  berbeda-beda.  Sebagai akibatnya  pergerakan  dislokasi  akan  terhambat dan  terintangi.  Gerakan  dislokasi  yang  akan menyeberangi batas butir memerlukan tegangan  yang  lebih  besar  sehingga  dengan demikian  batas  butir  akan  menjadi  penghalang dan penghambat gerakan dislokasi.

## TATA KERJA
Penelitian  ini  menggunakan  bahan berupa  logam  aluminium,  ferro  dan  nikel berbentuk  serbuk.  Bahan  dasar  aluminium dipadukan  dengan  unsur  pemadu  utama  Fe dan Ni. Pemaduan AlFeNi dilakukan berdasarkan  persentase  kadar  berat  unsur pemadu,  yaitu    (1,5%Fe,  1%Ni),  (2%Fe,
1%Ni),  dan  (3  %Fe,  1%Ni)  dengan  metode metalurgi serbuk dan peleburan menggunakan alat kompaksi dan tungku busur listrik.  Proses  kompaksi  serbuk  Al,  Fe  dan  Ni dilakukan  secara  mekanik  dengan  tekanan sekitar  350-400  KN.  Penekanan  ditingkatkan seiring dengan meningkatnya kadar komposisi paduan. Proses kompaksi menghasilkan lempengan  berukuran  tebal  0,5  mm  dan berdiameter sekitar 15 mm. Peleburan lempengan  paduan  AlFeNi  dilakukan  secara berulang  hingga    4    kali  pelelehan  dan  setiap kali  peleburan  ditahan  sekitar  5  menit. Peleburan lempengan paduan AlFeNi menghasilkan ingot berbentuk setengah lingkaran  berdiameter  sekitar  10  mm. Ingot paduan AlFeNi hasil sintesis sebagai
spesimen  uji    terlebih  dahulu  permukaannya dibersihkan dan dihaluskan. Permukaan spesimen
AlFeNi diratakan dengan penggerindaan  dan  dipoles  secara  bertahap menggunakan  mesin  poles.  Spesimen  AlFeNi hasil  poles  kemudian  permukaannya  dietsa menggunakan  larutan  etsa  tertentu  untuk memunculkan  mikrostruktur  fasa.  Pengetsaan dilakukan  dengan  mencelupkan  spesimen  ke dalam  larutan  etsa  dengan  memperhatikan ketepatan  waktu  etsa.  Pengamatan  sifat mekanik  dilakukan  dengan  uji  kekerasan menggunakan metoda
Vicker dan mikrostruktur paduan AlFeNi diamati
menggunakan mikroskop
optik.Besaran
struktur  butir  dianalisis  menggunakan  metode DAS.  Struktur  fasa  paduan    AlFeNi  di  analisis melalui  pola  difraksi  sinar  x  dan  diagram kesetimbangan fasa.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengamatan  sifat  mekanik  terhadap paduan  AlFeNi  pada  berbagai  konsentrasi paduan  dengan  metoda  Vicker  diperlihatkan pada  Gambar  1.  Pengamatan  mikrostruktur paduan AlFeNi secara mtalografi-optik ditunjuk-kan  pada  Gambar  2.  Pengukuran besaran  struktur  butir  dendrit  paduan  Al-Fe-Ni dengan metode Dendrite Arm Spacing Secondary (DASS)  ditunjukkan  pada  Gambar 3.  Analisis  struktur  fasa  paduan  AlFeNi berdasarkan  pola  difraksi  sinar  x  ditunjukkan pada Gambar  4.
Gambar 1 memperlihatkan variasi sifat kekerasan  paduan  AlFeNi  hasil  pemaduan dengan  berbagai  konsentrasi  Fe.  Sifat  keke- rasan  paduan  AlFeNi  cenderung  meningkat dengan  semakin  tinggi  kadar  Fe  dalam paduan.    Sifat  kekerasan  paduan  AlFeNi mencapai    59  HV  dengan  konsentrasi  (3%Fe, 1%Ni).  Hal  ini  terjadi  karena  paduan  AlFeNi mengalami  penguatan  larut-padat  hingga mencapai  sekitar  0,05%  kadar  Fe  dan  Ni [7,8] ke  dalam  struktur  fasa  -Al.  Penguatan  larut- padat  pada  struktur  fasa  -Al  terjadi  secara substitusi  dengan  menempati  kisi  sel-satuan FCC  ( Face  Centered Cubic ).  Proses  larut- padat  atom  Fe  dan  Ni  ke  dalam  kisi  struktur fasa  -Al cenderung mengakibatkan terjadinya distorsi parameter kisi yang berakibat menimbulkan  medan  tegangan  disekitar  atom yang  larut.  Kondisi  seperti  ini  semakin berpotensi  menghambat  gerakan  dislokasi yang  mengarah  kepada  penguatan  bahan. Kekerasan  paduan  AlFeNi  dengan  kadar (3%Fe,1%Ni)  relatif  tinggi  karena  pada konsentrasi  ini  dimungkinkan  terbentuk-nya beberapa  fasa  hasil  reaksi  antara  Al  dengan Fe dan Ni membentuk senyawa fasa  (FeAl 3 ),  (NiAl 3 )  dan  (FeNiAl 9 ) [8,9] .  Senyawa  fasa yang terbentuk dalam paduan ini berkontribusi pula  merintangi  gerakan  dislokasi,  yang berdampak  terhadap  peningkatan  kekerasan bahan.
Gambar 1 memperlihatkan pula bahwa pada  konsentrasi  di  atas  1,5%  Fe  tampak
terjadi  kenaikan  kekerasan  dengan  semakin meningkatnya  kandungan  Fe,  yaitu  dari        45 HV  pada  1,5%Fe  menjadi  50  HV  pada  2%  Fe dan  59  HV  pada  3%  Fe.  Kondisi  ini dimungkinkan  karena  adanya  pertumbuhan fasa  kedua  yang  semakin  tinggi  seiring dengan  meningkatnya  prosentase  kadar  Fe. Peningkatan  fasa  kedua  yang  semakin  tinggi akan berdampak terhadap peningkatan kekerasan  karena  kehadiran  fasa  kedua tersebut  berpotensi  merintangi  pergerakan dislokasi. Pembentukan fasa kedua ini ditandai dengan perubahan struktur butir yang sebagian  besar  telah  mengarah  menjadi bentuk  struktur  butir  dendrit  pipih  memanjang, seperti ditunjukkan pada  Gambar 2 b dan 2 c.
Struktur  butir  fasa    mengalami  peru- bahan  dari  bentuk  dendrit  yang  relatif  kecil pada  Gambar  2a  menjadi  bentuk  butir  dendrit yang  relatif  besar  yang  memanjang  seperti ditunjukkan  pada  Gambar  2b  dan  2c.  Hal  ini dimungkinkan  karena  sebagian  fasa  -Al bertransformasi menjadi  fasa  ,  dan  . Fasa  berupa senyawa FeAl 3 , dan  (FeNiAl 9 ) yang berselsatuan monoclinic dan  fasa  (NiAl 3 ) bersellsatuan orthorhombic yang bersifat relatif lebih keras dari fasa  -Al.
Mikrostruktur  paduan  AlFeNi  hasil sintesis  dengan  kadar  (1,5%Fe,  1  %Ni), (2%Fe,1%Ni) dan (3 %Fe, 1%Ni) diperlihatkan pada  Gambar  2.    Gambar  2a  memperlihatkan struktur  butir  paduan  AlFeNi    cenderung berbentuk  dendrit  dan  diduga  telah  terbentuk senyawa  fasa  FeAl 3 (  ).  Pembentukan  fasa tersebut diawali pada batas butir karena energi pada  daerah  batas  butir  relatif  tinggi  daripada di daerah butir sehingga menyebabkan daerah batas  butir  menjadi  lebih  reaktif  daripada  di butir.  Energi  pada  batas  butir  relatif  tinggi karena batas butir adalah daerah yang sangat tidak  stabil  dan  batas  butir merupakan  daerah pertemuan kristal-kristal atom dengan orientasi yang berbeda atau acak. Fasa yang terbentuk pada  paduan  AlFeNi  merupakan  rejeksi  dari larutan  padat  aluminium  bila  kadar  Fe  atau  Ni
yang  terkandung  dalam  paduan  tersebut melebihi kemampuan larut-padat fasa  -Al.
Mikrostruktur  paduan  AlFeNi  dengan kadar  2%Fe,1%Ni  yang  ditunjukkan  pada Gambar  2b  memperlihatkan  pertumbuhan struktur  butir  fasa  yang  cenderung  semakin meningkat.
Gambar 2b memperlihatkan kecenderungan perubahan struktur butir membentuk dendrit yang memanjang.
Perubahan  fasa    dalam  bentuk  struktur  butir dendrit  ini  diperkirakan  terjadi  seluruhnya, seperti diperlihatkan pada Gambar
2b. Peningkatan pembentukan struktur butir denrit ini terjadi karena jumlah kadar unsur Fe dalam paduan semakin meningkat. Sebagai akibatnya  unsur    Fe  yang  bereaksi  dengan  Al membentuk  senyawa  FeAl 3 yang  cenderung semakin  bertambah.  Kondisi  ini  ditandai dengan  pertumbuhan  struktur  butir  dendrit fasa  yang semakin besar, seperti diperlihatkan  pada  Gambar  2  b  dan  pola difraksi sinar x Gambar 4.
Gambar 1. Kurva variasi kekerasan paduan AlFeNi terhadap peningkatan kadar

## Fe
Mikrostruktur  paduan  AlFeNi  dengan kadar    3%Fe,1%Ni  yang  ditunjukkan  pada Gambar  2c  memperlihatkan  bahwa  struktur butir dendrit relatif membesar
dan
bertransformasi membentuk struktur butir pipih memanjang.  Struktur  butir  fasa  dan  semakin  meningkat  seperti  tampak  secara jelas  dalam  bentuk  struktur  butir  dendrit  pipih memanjang  pada  Gambar  2  c  dan    seperti ditunjukkan  pada  pola  difraksi  sinar  x  Gambar 4b.  Struktur  butir  dendrit  pada  Gambar  2c relatif  lebih  besar  daripada  struktur  butir dendrit  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  2b. Pembesaran  butir  tersebut  dimungkinkan karena  dipacu  oleh  kadar  Fe  yang  semakin tinggi  dan  suhu  pemanasan  yang  berdampak terhadap  peningkatan  energi  dalam  paduan. Energi  dalam  paduan  yang  tinggi  memacu percepatan  pertumbuhan  butir  sehingga  butir dendrit  yang  terbentuk  semakin  memanjang dan  relatif  membesar.  Struktur  butir  fasa 
dalam  bentuk  dendrit  yang  memanjang tersebut relatif lebih dominan pada mikrostruktur 3%Fe,1%Ni seperti tampak pada Gambar  2c.
0 15 30 45 60 75 90 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Kadar Fe dalam  paduan AlFeNi, % Ke k e ra s a n ( VH N ), N /m m2
a
Gambar 2. Mikrostruktur paduan AlFeNi a) 1,5Fe1Ni dengan l 1 =30,39 mm,
l 2 =31,05 mm, l 3 =26,12mm b)2Fe1Ni   dengan l 1 =35,94mm, l 2 =28,77mm,  l 3 =31,08mm c) 3Fe1Ni dengan l 1 =23,26mm, l 2 =18,04mm, l 3 =22,85 mm
Besaran struktur butir  dendrit paduan Al-Fe-Ni hasil pengukuran mengunakan metode Dendrite Arm Spacing Secondary (DASS) [10] menunjukkan  bahwa struktur  butir  dendrit  cenderung  semakin mengecil  dengan  semakin  meningkat  kadar Fe  dalam  paduan.    Hal  ini  dimungkinkan karena dari proses pencairan ke pembekuan, paduan  AlFeNi  mengalami  difusi  antar  atom yang  memacu  terjadinya  reaksi  senyawa antarlogam  dan  pengintian  butir.  Pengintian butir  ini  sangat  dipengaruhi  oleh  energi  dan kecepatan reaksi fasa. Energi yang tinggi dan reaksi fasa yang meningkat yang dipengaruhi oleh kadar Fe yang semakin tinggi mengakibatkan pengintian butir relatif banyak. Pengintian butir yang relatif banyak mengakibatkan  pembentukan  butir  menjadi semakin  meningkat.  Pengintian  butir  yang meningkat  akan  memacu  pembentukan  butir yang  semakin  mengecil  dan  relatif  banyak. Gambar  3  memperlihatkan  bahwa  ukuran struktur  butir  dendrit  paduan  AlFeNi  semakin menurun  seiring  dengan  meningkatnya  kadar unsur  Fe  dalam  paduan.  Peningkatan  kadar Fe  dari  1,5%Fe  menjadi  2%Fe  dan  3%Fe dalam paduan pada proses sintesis mengakibatkan  pengaruh  yang  besar  pula terhadap  perubahan  bentuk  struktur  butir dendrit  yang  cenderung  semakin  mengecil. Perubahan  ukuran  dan  bentuk  dendrit  ini dimungkinkan terjadi karena adanya peningkatan  kadar  Fe  dalam  paduan.  Atom Fe  yang  terkandung  dalam  paduan  tersebut semakin meningkat yang melebihi
kemampuan  larut  padat  pada  fasa  (Al). Kelebihan  unsur  Fe  tersebut cenderung  akan berdifusi  dan  bereaksi  dengan  unsur  lain dalam  paduan  seperti  Al  dan  Ni  yang membentuk  senyawa  dan  cenderung  tumbuh melalui batas butir dendrit.
Gambar 4 memperlihatkan pola difraksi  paduan  Al-Fe-Ni    yang  menghasilkan puncak  fasa,  seperti  terlihat  puncak  fasa  Al,
FeAl 3 ,  FeNiAl 9 dan  NiAl 3 .  Puncak  fasa  Al untuk masing-masing bidang hkl berada pada
sudut  difraksi  22 o -98 o ,  sedangkan  untuk  fasa FeNiAl 9 berada pada sudut difraksi 5 o -30 o dan fasa NiAl 3 berada pada sudut difraksi 20 o -47 o . JCPDS ( Joint Commitee on Powder Difraction Standards) [11] menunjukkan  bahwa  puncak fasa Al berada pada sudut 2  sebesar 21,94 o , 38,50 o ,  44,76 o ,  65,16 o ,  78,18 o ,  82,52 o ,  dan 99,02 o pada  masing-masing  bidang  hkl  yaitu 100,  111,  200,  220,  311,  222  dan  400. Puncak  fasa  FeNiAl 9 berada  pada  sudut 5,72 o ,  10,28 o ,  28,71 o pada  masing-masing bidang hkl yaitu 002 dan 301 dan puncak fasa NiAl 3 berada  pada  sudut  37,48 o dan  45,34 o . Peningkatan  kadar  Fe  berpotensi  memacu perubahan  dan  pembentukan  fasa  serta intensitas  fasa,  seperti  ditunjukkan  pada Gambar 4. Gambar 4.a menunjukkan  bahwa pada pola difraksi terdapat puncak fasa α (Al) dengan  bidang  hkl  211,  200,  220,  311,  222 dan  bidang  hkl  400.  Sementara  itu,  puncak fasa  (FeAl 3 )  tampak  pada  bidang  hkl  100, 301, 302 dan 320, sedangkan fasa  (FeNiAl 9 ) terdapat  dua  puncak  dengan  bidang  hkl  312 dan  041  dan  fasa  (NiAl 3 )  satu  puncak dengan  bidang  hkl  211.  Pola  difraksi  ini menunjukkan  bahwa  paduan  AlFeNi  dengan kadar 2%Fe1%Ni relatif lebih banyak
didominasi oleh fasa α dan  .
Kondisi ini menunjukkan bahwa pada paduan AlFeNi dengan kadar 2%Fe1%Ni ini
mengindentifikasikan  terdapat  2  buah  fasa, yaitu fasa α dan
 . Gambar 4b
memperlihatkan  bahwa  pada  pola  difraksi terdapat  puncak- puncak  fasa  α,  fasa  ,  dan fasa  pada masing-masing sudut 2  dengan bidang hkl tertentu. Fasa α (Al) memiliki enam puncak  yang  terdapat  pada  sudut  2  dengan bidag  hkl  111,  200,  220,  311,  222  dan  400. Sementara  itu,  pada  sudut  2  yang  lain terdapat  tiga puncak fasa  (FeNiAl 9 ) dengan bidang  hkl  200,  111,  312  dan  tiga  puncak fasa  (NiAl 3 ) dengan bidang hkl 210, 211 dan 101.    Fasa  (FeAl 3 )  terdapat  satu  puncak dengan  bidang  hkl  320.  Pola  difraksi  ini menunjukkan  bahwa  paduan  AlFeNi  dengan kadar  3%Fe1%Ni  cenderung  didominasi  oleh fasa  α,  ,  dan  .  Kondidi  ini  meng- indentifikasikan  bahwa  pada  paduan  AlFeNi berkadar  3%Fe1%Ni  memiliki  3  buah  fasa, yaitu  α,  ,  dan  .  Hal  ini  menunnjukkan  pula bahwa  dengan  kadar  Fe  yang  semakin  tinggi dalam paduan mengakibatkan semakin memacu dan memperbesar terjadinya pembentukan  fasa  yang  berselsatuan monoclinic .
Gambar 3. Variasi ukuran butir denrit dengan peningkatan kadar Fe  dalam paduan
0 5 10 15 20 25 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Kadar Fe dalam paduan AlFeNi, % U k u ra n d e n d ri t, u m
Al Al Al                 Al 111 200 220 311 Al FeNiAl 9 400 041
FeNiAl 9 312
Al 222
FeAl 3 100
FeAl 3 NiAl 3 301   302  320            211 a
Al Al Al Al Al 111 200 220 311 222
NiAl 3 211 FeNiAl 9 FeNiAl 9 002  NiAl 3 200 111  FeAl 3 101,221 320    NiAl 3 FeNiAl 9 Al 210 312 400 b
Gambar  4. Pola difraksi sinar-x paduan AlFeNi  a) 2Fe 1Ni. b)Al 3Fe 1Ni

## SIMPULAN
Peningkatan  kadar  Fe  dalam  paduan sangat berpengaruh terhadap perubahan sifat kekerasan.  Sifat  kekerasan  paduan  logam AlFeNi  semakin  meningkat  seiring  dengan bertambahnya  kadar  Fe  dalam  paduan.  Sifat kekerasan  paduan  AlFeNi  hasil  sintesis dengan kadar 3 %Fe mencapai sekitar 59 HV relatif  tinggi  daripada  kadar  1,5%Fe  dan 2%Fe,  yaitu  45  HV  dan  50  HV.  Perubahan sifat kekerasan paduan AlFeNi mem- perlihatkan  hubungan  keterkaitan  dengan
perubahan  mikrostruktur  yang  mengalami peningkatan  kadar  Fe.  Mikrostruktur  paduan logam AlFeNi hasil sintesis berbentuk struktur dendrit  dan  besaran  struktur  butir  dendrit semakin  mengecil  dengan  semakin  tinggi kadar  Fe.  Kadar  Fe  yang  semakin  tinggi dalam paduan mengakibatkan semakin memacu dan memperbesar terjadinya pembentukan  fasa  yang  berselsatuan monoclinic .  Kadar  Fe  yang  relatif  rendah cenderung membentuk fasa  yang lebih besar dan  kadar  Fe  yang  semakin  tinggi  cenderung semakin  meningkatkan  pembentukan  fasa  .
Fasa  (FeAl 3 )  dan  (FeNiAl 9 )  dengan  kadar 2%Fe  serta  fasa  (NiAl 3 )  dan  (FeNiAl 9 ) dengan  kadar  3%Fe  berkontribusi  terhadap peningkatan sifat kekerasan paduan.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Kami menyampaikan ucapan terimakasih  kepada  segenap  pihak  yang  telah membantu  kelancaran  pelaksanaan  penelitian ini  baik  dalam  bentuk  bantuan  pendanaan, fasilitas  maupun  dukungan  moril  sehingga penelitian  ini  dapat  dilaksanakan.  Terutama kami menyampaikan terimakasih kepada Bapak  Ir.Sudarmadi,  M.Sc.,  sebagai  Kepala PTBN  yang  senantiasa  memberikan  dorongan semangat,  motivasi  dan  pendanaan  beserta fasilitas.  Termakasih  pula  kami  sampaikan kepada Bapak Drs. Bambang Purwadi  sebagai Direktur PT.Batan Teknologi yang mengizinkan kami  menggunakan  bahan  untuk  eksperimen. Kami tidak lupa pula menyampaikan terimakasih  untuk  pihak  institusi  PTBIN  yang menyediakan jasa pengukuran difraksi sina-x.

## DAFTAR PUSTAKA
1.  FANJAS,  Y.,  (1991), Status  of  LEU Fuels At CERCA , http/www.anl.gov.
2.  TRAVELLI,  A.,    (1996), Status  and
Progress  of  The  RERTR  Program ,
Proceedings,  The  19  th  International Meeting  on  Reduced  Enrichment  for Reseach  and    Test  Reactors,  Seoul, Korea, hal. 4-8.
3.  DAVID,  G.H., United  States  Policy Intiatives  in  Promoting  The  RERTR Program ,  Proceedings,  The  19  th
International  Meeting  on  Reduced Enrichment  for  Research  and  Test reactors, Seoul, Korea, hal. 14, 1996. 4.  BALLAGNY, A., Situation of technological  Irradiation  Reactors    A Progress Report On The Jules Horowitz Reactor Project ,. http/www.anl.gov.
5. BALLAGNY, A., Main Technical of The Jules  Horowitz  Reactor  Project  to Achieve  High  Flux  Performances  and High Safety Level . http/www.anl.gov.
6.  DIETER,G.E.,  Mechanical  Metallurgy, Second edition, McGraw-Hill, Newyork, 1981.
7.  MONDOLFO,  L.F,    (1976), Aluminium
Alloys, Structure and Properties , London, hal. 532-532
8.  RAYNOR,  GV.,  RIVLIN,  GV.,  Phase Equilibria  in  iron  Ternary  Alloy,  New york, The institute of Metals, 1988, 110
9.  PETZOW,  G.,    EFFENBERG,  G., (1992), Ternary  Alloy  AlFeNi ,  Vol.15,
Germany: ASM,    International,
10.  HAKKA, Manual Dendrite Arm Spacing ,
DASMeasure. http/www.tech.nite.go.jp/ anzen2
11.  Anonim,  JCPDS  ( Joint  Commitee  on Powder Difraction Standards)