Reduksi Korosi Besi dalam Logam PbBi Cair dengan Inhibitor Gas Mulia Menggunakan Simulasi Dinamika Molekul

Abstract

Pada penelitian ini diteliti fenomena korosi besi yang disebabkan oleh adanya pengaruh lingkungan logam cair (PbBi). Peneliti menganggap korosi besi tersebut terjadi melalui mekanisme difusi kuat atom-atom besi ke dalam lingkungan logam cair di sekitarnya. Korosi besi yang tidak lain adalah mencerminkan kerusakan struktur (permukaan) besi yang ditunjukkan oleh perubahan posisi atom-atom penyusun besi. Pada penelitian ini, simulasi korosi besi dilakukan dengan meletakkan besi di tengah logam PbBi cair dan korosi yang terjadi dapat dihambat dengan menggunakan inhibitor gas mulia yang diinjeksikan ke dalam logam cair pada konsentrasi tertentu. Penelitian fenomena korosi besi dalam logam cair mayoritas dilakukan secara eksperimen yang memerlukan biaya sangat besar. Penelitian seperti ini tampaknya belum memungkinkan dilakukan di Indonesia karena fasilitas yang belum memadai. Oleh karena itu, peneliti melakukan penelitian melalui simulasi komputer. Metode simulasi korosi yang digunakan adalah metode dinamika molekul dengan potensial Lennard-Jones. Metode ini sangat popular untuk mengamati pergerakan molekul-molekul yang saling berinteraksi. Penelitian ini bertujuan untuk memahami fenomena korosi besi dan menganalisis pengaruh gas mulia sebagai inhibitor korosi besi dalam logam PbBi cair. Sistem simulasi korosi dimodelkan dalam bentuk kubus dimana besi yang memiliki struktur kristal BCC diletakkan di tengah logam PbBi cair yang kemudian diinjeksi gas mulia secara acak: Helium (He), Neon (Ne), dan Argon (Ar) ke dalam cairan logam cair. Gas yang diinjeksikan harus dapat dicapai dalam jumlah tertentu viii yang dapat diketahui/diprediksi dari hasil simulasi ini. Tingkat efektivitas penggunaan jumlah konsentrasi gas mulia dinyatakan melalui variasi persentase dari keseluruhan jumlah atom gas mulia. Temperatur sistem simulasi material terkorosi (besi dalam logam PbBi cair) yang digunakan untuk memverifikasi hasil simulasi dan eksperimen adalah 1023 K. Penelitian dilakukan dalam dua tahap. Pada tahap pertama, simulasi dilakukan ketika besi diletakkan di tengah logam PbBi cair tanpa inhibitor gas mulia. Pada tahap kedua, simulasi dilakukan ketika besi diletakkan di tengah logam PbBi cair dengan inhibitor gas mulia. Beberapa analisis data yang digunakan dalam simulasi penghambatan korosi besi antara lain: MSD (Mean Square Displacement), koefisien difusi, dan visualisasi struktur kristal besi. Berdasarkan analisis data hasil simulasi dapat disimpulkan bahwa Argon merupakan salah satu unsur gas mulia yang memiliki potensi paling baik untuk menghambat korosi besi dalam logam PbBi cair. Hal ini dapat ditunjukkan bahwa besi diletakkan di tengah logam PbBi cair dengan diinjeksi gas Argon sebanyak 1,09% memiliki koefisien difusi sebesar 2,70×10−10 m2/s, sedangkan besi yang diletakkan di tengah logam PbBi cair tanpa diinjeksi gas mulia memiliki koefisien difusi sebesar 1,37×10−9 m2/s. Jadi, Argon mampu mereduksi laju korosi besi sebesar 80,29% dimana struktur kristal BCC besi yang tersisa setelah dilakukan simulasi adalah 42,3%.