Perhitungan Koefisien Difusi Diri Bergantung Temperatur Beberapa Logam Murni Pembentuk Baja Paduan Dengan Metode Simulasi Dinamika Molekul Dengan Potensial Morse

Abstract

Salah satu aplikasi metode simulasi dinamika molekul adalah untuk menghitung nilai koefisien difusi diri bahan. Dalam menentukan nilai koefisien difusi diri dengan metode dinamika molekul perhitungannya memerlukan parameter potensial yang tepat untuk mampu menggambarkan interaksi atom-atom penyusun bahan. Dalam penelitian ini, dilakukan simulasi bahan logam-logam murni dengan parameter potensial Morse, yang memiliki tiga parameter potensial . Perhitungan koefisien difusi diri menggunakan metode Green-Kubo dan untuk mendapatkan koefisien difusi diri bergantung temperatur D(T) digunakan formulasi Arrhenius berbentuk ( ) ( ) Nilai koefisien difusi diri suatu bahan untuk setiap material/bahan belum tentu ada data lengkap koefisien difusi diri untuk berbagai temperatur baik yang diperoleh secara teori maupun eksperimen. Tujuan penelitian ini yaitu untuk menentukan nilai parameter potensial Morse beberapa logam murni pembentuk baja paduan yang sesuai untuk bahan tersebut dan selanjutnya digunakan untuk menghitungi koefisien difusi diri bergantung temperatur logam murni Pb, Cr, Ni, dan Fe. Penelitian ini diawali dengan studi literatur nilai koefisien difusi diri yang diperoleh secara eksperimen dan digunakan sebagai acuan untuk membandingkan hasil simulasi bahan dengan nilai koefisien difusi diri secara eksperimen. Jika nilai koefisien difusi diri hasil simulasi yang dihasilkan cukup jauh dengan nilai eksperimen maka perlu dilakukan verifikasi (koreksi) nilai parameter potensial Morse dengan cara mengubah secara sistematis nilai parameter potensial Morse beberapa kali dan disimulasikan kembali untuk menghitung koefisien difusi diri sampai diperoleh hasil yang diinginkan yaitu selisih hasil simulasi dan eksperimen cukup kecil. Setelah didapatkan nilai parameter yang sudah terkoreksi dilanjutkan dengan perhitungan koefisien difusi diri bergantung temperatur. Berdasarkan hasil penelitian didapatkan nilai koefisien difusi diri dengan nilai deskripansi kecil untuk logam Pb yaitu dengan nilai deskripansi sebesar 4% untuk nilai parameter potensial Morse dan nilai dan dihasilkan rumusan ( ) ( ) Untuk logam Cr dihasilkan nilai koefisien difusi diri sebesar dengan parameter potensial Morse untuk logam kromium adalah = 0,3292 eV , dan nilai dan nilai deskripansi yang diperoleh adalah sehingga diperoleh rumusan ( ) ( ) Untuk logam nikel diperoleh nilai koefisien difusi diri sebesar dengan nilai parameter potensial Morse = 0,3784 eV , dan nilai dan rumusan ( ) ( ) . Dan untuk logam besi didapatkan nilai koefisien difusi diri sebesar dengan parameter potensial Morse untuk besi sebesar = 0,4174 eV , dan nilai , dan didapatkan diskrepansi terkecil yaitu dengan rumusan ( ) ( ) Secara keseluruhan penelitian ini, telah berhasil memperoleh nilai parameter potensial Morse terbaik dan rumusan koefisien difusi diri untuk logam Pb, Cr, Ni, dan Fe