Tugas 2 Metalurgi Fisik 2 – 01 01 SPINODAL DECOMPOSITION
Oleh: Falah Riski K 1506674892
Universitas Indonesia Departemen Teknik Metalurgi dan Material April 2017 1
Spinodal (daerah yang tidak stabil dalam diagram fasa) adalah mekanisme dimana p adatan dengan 2 (dua) atau lebih komponen dapat terpisah menjadi daerah (fasa) yang berbeda dengan perbedaan sifat kimia dan fisikanya. Spinodal transformation adalah transformasi dimana tidak ada “energi penghalang’ Karena tidak ada interface yang terbentuk. Dekomposisi spinodal merupakan suatu hal yang menarik karena kesederhanaannya yang inheren, dengan demikian dekomposisi spinodal menjadi salah satu dari sedikit transformasi fase dalam padatan yang memiliki teori kuantitatif yang masuk akal. Karena tidak ada penghalang termodinamika terhadap reaksi di dalam daerah spinodal, dekomposisi ditentukan semata-mata oleh difusi. Dengan demikian, proses dapat diperlakukan murni sebagai masalah difusi, dan banyak karakteristik dekomposisi dapat digambarkan dengan solusi analitik perkiraan terhadap persamaan difusi umum. Sebaliknya, teori nukleasi dan pertumbuhan harus menggunakan termodinamika fluktuasi, dan masalah difusi yang terlibat dalam pertumbuhan nukleus jauh lebih sulit dipecahkan, karena tidak realistis untuk menggambarkan persamaan difusi Diagram Fasa dengan Spinodal Decomposition
Sebuah alloy logam dengan komposisi X0 dipanaskan sampai T1 lalu di quenching hingga mencapai T2. G0 adalah tempat dimana energi bebas berada (tidak stabil) Pada posisi G0 alloy tidak stabil, adanya fluktuasi komposisi yang kecil dapat menyebabkan proses spinodal decomposition
Unstable Region terjadi saat :
<0 Spinodal decomposition terjadi apabila alloy berada di antara dua titik belok dari kurva energi bebas. Daerah dari dua titik tersebut pada diagram fasa disebut daerah chemical spinodal . biasanya Terjadi pada alloy Au – Cu dan Au - Pt
2
Nukleasi dan Pertumbuhan
Kolom kiri dan kanan menggambarkan daerah yang be rdekatan pada larutan metastabil. Baris 1, 2 dan 3 menunjukkan fluktuasi kecil yang terjadi. Baris 4 dan 5 menunjukkan fluktuasi besar yang terjadi.
1. Tidak ada perbedaan di konsentrasi local; Ckiri=Ckanan 2. Fluktuasi kecil menyebabkan perbedaan konsentrasi; Ckiri > Ckanan 3. Diffuse menempati kiri-kekanan ( Down-hill); C kiri= Ckanan 4. Fluktuasi besar menyebabkan pembentukan dari nukleus pada ukuran kritis. 5. B (kiri) telah stabil melewati jari-jari kritis dan mengalami pertumbuhan (proses growth). Spinodal dekomposisi
Pada Kolom kiri dan kanan menggambarkan daerah yang berdekatan dalam larutan,Baris 4 dan 5 merupakan hasil dari proses. Baris pertama tidak terjadi perbedaan konsentrasi disekitarnya Cleft= Cright, Tidak ada difusi,densitasnya tetap pada stage ini ( datar). Pada baris kedua, fluktuasi yang kecil menyebabkan perbedaan konsentrasi. Missal Cleft > Cright. Ada difusi, densitasnya seperti bentuk ombak. Pada baris ketiga, ada difusi yang menyebabkan Cleft≫Cright.Terjadi proses difusi ’up-hill‟, densitasnya besar. Sedangkan pada baris ke 3 – 5, Difusi terus terjadi →Densitas naik →Densitas komposisi B. Kecepatan dari transformasi spinodal dikontrol oleh inter diffusion coeficien,D. Jika D < 0, fluktuasi komposisi akan bertambah secara eksponensial seiring dengan perubahan waktu konstan.
− = 4 Kecepatan dari transformasi dapat menjadi sangat besar dengan membuat panjang gelombang (λ ) dari modulasi komposisi menjadi sekecil mungkin. Akan tetapi ada nilai minimal dari panjan gelombang (λ ) dimana spinodal decomposisi tidak terjadi untuk menghitung pan jang gelombang dari fluktuasi komposisi, diperlu dipertimbangkan dua factor penting: 1. Efek energi antara muka ( interfacial energy) 2. Efek energi renggangan koheren ( coherency strain energy)
3
Apabila dua daerah tersebar dengan baik dan saling koherenakan menimbulkan energi tambahan efek energi antarmuka. Sedangkan Besar dari energi bergantung pada perbedaan komposisi yang melintasi antar muka disebut energi gradien. Kondisi untuk homogenous solid solution menjadi unstable dan mengalami spinodal decomposition di dapatkan dengan persamaan
2 − > + 2 ′ Gambar disamping menunjukan coherent miscibility gap. Garis tersebut menunjukan komposisi setimbag dari fasa coherent hasil dari spinodal decomposition. Terlihat bahwa spinodal decomposition tidak hanya terbatas pada system yang mengandung stablemiscibility gap. Dari GP zone solvus Al-Ag system mengandung metastabil coherent miscibility gap, yan hanya terjadi pada high super saturated GP zone yang terbentuk spinodal mekanisme. Area no. 1= Homogenous α stabil. Area no 2 = homogenous α metastabil, hanya pada fase inkoheren dapat nukleasi. Area no 3 = homogenous α metastabil, pada fase koheren dapat nukleasi. Area no 4 = homogenous α unstable, tidak ada” nucleation barrier”, spinodal decomposition terjadi. Adapun perbandingan antara Dekomposisi Spinodal dan Nukleasi dan Pertumbuhan adalah larutan homogen awalnya mengembangkan fluktuasi komposisi kimia saat didinginkan ke daerah spinodal. Fluktuasi ini pada awalnya kecil dalam amplitudo namun tumbuh seiring waktu sampai ada presipitat yang dapat diidentifikasi dari komposisi kesetimbangan. Sebaliknya, selama nukleasi dan pertumbuhan, terdapat antarmuka yang tajam antara kristal induk dan produk. Sehingga terdapat endapan pada semua tahap keberadaannya yang memiliki komposisi ekuilibrium yang dibutuhkan. Dekomposisi spinodal melibatkan difusi yang menanjak, sedangkan difusi selalu menurunkan gradien konsentrasi untuk nukleasi dan pertumbuhan. Maka dari itu, dekomposisi spinodal mengacu pada mekanisme transformasi fasa di dalam celah miscibility. Hal ini ditandai dengan terjadinya difusi terhadap gradien konsentrasi yang sering disebut difusi "menanjak", yang mengarah kepada pembentukan mikrostruktur mikro periodik yang memiliki ukuran seragam. Secara ilustrasi, dapat kita lihat perbedaan antara Dekomposisi Spinodal dengan Nukleasi dan Pertumbuhan sebagai berikut:
Gambar : Ilustrasi evolusi pemisahan fasa dalam dekomposisi spinodal dan selama nukleasi dan pertumbuhan. Gambar panah menunjukkan arah difusi.
4
Referensi
o
http://li.mit.edu/Stuff/PM/Termpaper/LaurenAyers2271.pdf
o
Porter, D. A and Easterling, K.E, Phase Transformation in Metals and Alloys, 3rd. ed., CRC Press, 2009.
o
http://en.wikipedia.org/wiki/Spinodal_decomposition
o
https://ocw.mit.edu/courses/materials-science-andengineering/3-205-thermodynamics-and- kinetics-ofmaterials-fall-2006/lecture-notes/lecture10_slides.pdf
o
E.P.Favvas and A.Ch.Mitropoulos. "What is Spinodal Decomposition?". ISSN: 1791-2377. 2008 © Kavala Institute of Technology. Published by Journal of Engeenering Science and Technology Review.
5
