Ilmu Bahan 5 Nimatut Tamimah M Sc Politeknik

Ilmu Bahan 5 Nimatut Tamimah, M. Sc. Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya

Diffusion

GERAKAN ATOM PADA BENDA PADAT Gerakan atom pada benda padat dikenal sebagai DIFUSI • Difusi adalah suatu peristiwa untuk menghilangkan perbedaan konsentrasi dalam bahan untuk membentuk suatu komposisi bahan yang homogen. • Dalam difusi atom dapat dipaksa untuk bergerak dengan memberikan suatu tegangan dalam bahan atau suatu gaya dari luar bahan itu.

Ada berbagai macam bentuk difusi yang akan menjadi perhatian kita dalam mempelajari ilmu bahan diantaranya : 1. Difusi Sendiri 7. Tipe Difusi 2. Difusi dalam Paduan Bahan 8. Pertumbuhan Butiran dan Difusi 3. Difusi Mekanisme 9. Ikatan Difusi 4. Energi untuk Difusi 10. Difusi Ionik 5. Tingkat Difusi 11. Difusi pada Polymer 6. Inter Difusi 12. Contoh Peristiwa Difusi

Contoh Grafik Proses Difusi CU ke Ni Before a High Heat Treatment After a High Heat Treatment • Sebelum terjadinya difusi antara atom Cu dan Ni terdapat batasan antara keduanya (before Heat Treatment), • Selama difusi terjadilah asimilasi (percampuran) antara atom-atom Cu dan Ni, • Setelah difusi maka Atom Ni dan Cu bercampur dengan merata dan membentuk material dengan sifat yang homogen, sehingga tidak ada lagi batasan antara atom Cu dan Ni

DIFUSI SENDIRI Difusi sendiri adalah difusi yang terjadi akibat pancaran atom yang terjadi dalam suatu bahan tanpa adanya pengaruh dari luar.

MEKANISME DIFUSI Dalam proses gerakan atom dari tempat asalnya ke tempat yang kosong atau ke tempat antara (celah) atom lain, dibedakan difusi mekanisme yang terjadi atas 3 bentuk yaitu : 1. DIFUSI KEKOSONGAN 2. DIFUSI SISIPAN 3. MEKANISME DIFUSI BENTUK LAIN

DIFUSI KEKOSONGAN Difusi tipe ini terjadi apabila suatu atom bergerak meninggalkan tempatnya menuju ke tempat lain yang kosong. Peristiwa difusi ini tentunya hanya terjadi antar atom-atom yang sama.

DIFUSI SISIPAN Peristiwa difusi ini terjadi pada suatu bangun Kristal suatu struktur dan terjadi pada atom yang tidak sama besarnya. Peristiwa difusi tipe ini tidak harus terjadi pada suatu struktur atom yang memiliki kekosongan atom, karena atom disini hanya bergerak antara celah-celah antar suatu atom.

DIFUSI MEKANISME BENTUK LAIN • Difusi tipe ini biasanya terjadi apabila suatu atom dari susunan atom yang sama meninggalkan tempatnya dan bergerak memasuki celah-celah antar atomnya, memang akhirnya akan terjadi kekosongan atom. • Pada peristiwa lain dapat pula terjadi pergatian tempat antara atom-atom itu sendiri, pada peristiwa ini tidak terdapat kekosongan atom.

ENERGI UNTUK DIFUSI Suatu atom yang berdifusi harus dipaksa bergerak melalui atom lain yang mengelilinginya. Maka dari itulah diperlukan ENERGI.

Daftar aktivitas energi untuk bahan yang sering digunakan dalam industri PASANGAN DIFUSI Q (KAL. MOL) 1. DIFUSI SENDIRI Fe dalam Fe (kpr) 66. 700 Fe dalam Fe (kpr) 66. 900 Cu dalam Cu 49. 300 Ag dalam Ag 45. 000 Au dalam Au 45. 800 Al dalam Al 32. 200 Mg dalam Mg 31. 200 Zn dalam Zn 21. 200 D (CM²/S) 0. 65 4. 10 0. 36 0. 80 0. 13 0. 10 1. 00 0. 10 2. DIFUSI SISIPAN N dalam Fe (kps) C dalam Fe (kpr) H dalam Fe (kpr) 34. 500 32. 900 20. 900 3. 600 0. 0034 0. 23 0. 011 0. 0012 3. DIFUSI PADUAN Ni dalam Fe (kps) Cu dalam Ni Ni dalam Cu Au dalam Ag Zn dalam Cu Al dalam Cu 64. 000 61. 500 57. 000 45. 500 43. 900 39. 500 4. 10 0. 65 2. 30 0. 26 0. 79 0. 045 Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir. Hastono Reksotenojo Msc. Eng. Met , Bab 3 : Hal 60

Steady-State Diffusion Seberapa jauh suatu atom dapat melakukan difusi melalui suatu bidang datar dapat diukur dengan ukuran fluks, yaitu pengukuran berapa sejumlah atom yang dapat berdifusi melalui suatu luas permukaan bidang per satuan waktu (Hukum Fick I)

Hukum Fick 1

Latihan!

Perhatikanlah gambar! gambar dibawah ini yang menjelaskan tentang tingkat difusi diatas dengan lebih jelas. Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir. Hastono Reksotenojo Msc. Eng. Met , Bab 3 : Hal 61

Nonsteady-State Diffusion

TIPE DIFUSI Dalam prosesnya terdapat beberapa macam difusi yang berlangsung dalam suatu bahan, tipe difusi yang kita kenal dapat digolongkan atas : 1. PERMUKAAN DIFUSI 2. BATAS BUTIRAN DIFUSI 3. VOLUME DIFUSI

PERTUMBUHAN BUTIRAN DALAM DIFUSI Untuk mengetahui besarnya diameter butiran yang tumbuh dapat dihitung dengan formula : d = diameter rata-rata butiran t = waktu untuk pertumbuhan butiran n = pangkat, biasanya 0, 5 k = konstanta besarnya tergantung dari beberapa factor termasuk nilai difusitas.

Pertumbuhan butiran dapat dihalangi dengan cara membuat hambatan yaitu suatu gaya penghalang yang berfungsi membatasi pertumbuhan. Ukuran butiran ini kemudian dapat dihubungkan dengan sejumlah dan ukuran penghalang sesuai dengan formula : R = jari-jari butiran r = jari penghalang f = volume pecahan penghalang.

Gambar dibawah ini menunjukkan proses difusi antara dua macam logam A dan logam B. terlihat perubahan konsentrasi logam A (CA) dan konsentrasi logam B (CB) Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir. Hastono Reksotenojo Msc. Eng. Met , Bab 3 : Hal 67

Gambar mekanisme difusi dibawah ini menyatakan berbagai tipe difusi antara atom unsur sejenis. Tipe difusi ini dalam beberapa hal dapat berlangsung terhadap atom-atom yang tidak sejenis Jenis difusi disamping antara lain : 1. Pertukaran 2. Cincin 3. Kekerasan 4. Intersial 5. Intersial. Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir. Hastono Reksotenojo Msc. Eng. Met , Bab 3 : Hal 68

Gambar Skematis Proses Awal Pertumbuhan Kristal A). Proses Pencairan Logam disini terlihat mulai tumbuh kristal B). Proses mendekati padat Kristal-kristal logam semakin banyak di beberapa bagian C). Proses Padat Kristal-kristal merata di semua permukaan dan bagian dalam Logam Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir. Hastono Reksotenojo Msc. Eng. Met , Bab 3 : Hal 70

Kristalisasi Akhir dari peristiwa difusi dan perubahan fasa cair ke padat kita sebut peristiwa Kristalisasi Peristiwa perubahan fasa dan sel saluran besi murni (Fe) pada proses pemanasan dan pendinginan Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir. Hastono Reksotenojo Msc. Eng. Met , Bab 3 : Hal 71

Tugas! 1. Jelaskan pengertian dan perbedaan dari difusi pada ionik material dan polimer material! (Gunakan bahasa sederhana) 2. Sebutkan contoh difusi pada ionik material dan polimer material! 3. Buatlah contoh soal dan pembahasan tentang teori Difusi! (Usahakan tiap mahasiswa berbeda)