Perpustakaan Digital ITB

Kebutuhan akan material dengan umur pakai yang panjang dan biaya bahan yang rendah untuk aplikasi pada temperatur tinggi terus meningkat. Paduan super entropi tinggi merupakan klasifikasi material yang memiliki karakteristik paduan super dan paduan entropi tinggi. Paduan ini banyak dikembangkan untuk meningkatkan efisiensi biaya dan performa terutama dalam aplikasi temperatur tinggi. Namun, konsentrasi Ni yang tinggi pada paduan ini meningkatkan biaya bahan baku secara signifikan. Pemanfaatan unsur Fe yang lebih murah sebagai basis paduan menjadi alternatif yang baik untuk diterapkan. Selain itu, potensi penambahan unsur dopant, seperti Zr, yang telah teruji dapat meningkatkan kekuatan pada paduan super konvensional belum banyak diteliti pada paduan ini. Oleh karena itu, studi ini bertujuan melakukan permodelan melalui metode first-principles untuk mengetahui pengaruh penurunan konsentrasi Ni dan penambahan Zr terhadap parameter kisi, sifat elastisitas, nilai stacking fault energy (SFE), struktur elektronik, dan memberikan panduan desain paduan super entropi tinggi FeNiCrAlCo berbasis Fe. Simulasi dilakukan dengan perangkat lunak CASTEP menggunakan metode firstprinciples density functional theory. Perhitungan konstanta elastisitas dilakukan pada supercell face-centered cubic (FCC) 1x1x2. Sifat elastisitas ditentukan dengan aproksimasi Voigt-Reuss-Hill menggunakan data konstanta elastisitas. Optimisasi geometri, perhitungan nilai stacking fault energy, dan penentuan struktur elektronik dilakukan pada supercell FCC 1x1x4. Nilai stacking fault energy dihitung berdasarkan struktur yang diberikan ruang vakum sebesar 10 Å dan penambahan stacking fault. Analisis struktur elektronik dilakukan untuk mengetahui charge density difference berupa kontur zona akumulasi dan deplesi muatan serta density of states. Panduan desain didasarkan atas parameter yang dihasilkan dalam penelitian ini. Penurunan konsentrasi Ni dan penambahan Zr cenderung meningkatkan parameter kisi serta menghasilkan sifat elastisitas dan keuletan paduan yang baik. Penurunan konsentrasi Ni sebesar 4,17 at.% disertai peningkatan konsentrasi Fe, Cr, Co, dan Zr menurunkan nilai stacking fault energy. Sedangkan, pengurangan konsentrasi Ni disertai peningkatan konsentrasi Al meningkatkan nilai stacking fault energy. Analisis struktur elektronik menunjukkan bahwa penurunan konsentrasi Ni sebesar 4,17 at.% disertai peningkatan Fe, Cr, Co, dan Zr meningkatkan zona akumulasi muatan dan menurunkan density of states. Berdasarkan hasil yang ada, desain paduan dapat dilakukan melalui penurunan konsentrasi Ni yang dapat memberikan keuletan yang baik dan menurunkan nilai stacking fault energy, disertai peningkatan konsentrasi Cr untuk meningkatkan kekuatan, keuletan, dan kekerasan atau Zr agar penurunan stacking fault energy dapat optimum.