Perpustakaan Digital ITB

Kebutuhan akan material dengan sifat mekanis, kemampubentukan, dan keberlanjutan yang baik di industri manufaktur seperti additive manufacturing terus meningkat. FeNiCoCr merupakan salah satu jenis paduan entropi tinggi yang berpotensi untuk dikembangkan dengan additive manufacturing. Namun, harga serbuk kobalt (Co) meningkatkan biaya bahan baku secara signifikan, sehingga substitusi dengan unsur tembaga (Cu) murni yang memiliki harga jauh lebih murah berpotensi menjadi alternatif ideal dalam proses produksi. Selain itu, penambahan Cu dalam jumlah tertentu ke dalam paduan entropi tinggi telah teruji menyebabkan terjadinya peningkatan sifat mekanis dan sifat termal paduan. Oleh karena itu, studi ini bertujuan untuk melakukan penelitian terkait pengaruh penambahan Cu terhadap parameter kisi, sifat elastisitas, stacking fault energy (SFE), dan struktur elektronik FeNiCoCr. Perhitungan yang dilakukan dalam penelitian ini memanfaatkan perangkat lunak CASTEP dengan menerapkan metode first-principles: density functional theory. Perhitungan parameter kisi, SFE, dan struktur elektronik dilakukan pada struktur paduan 24 atom dengan penambahan Cu sebanyak 4,17 dan 8,33 at.% Cu. Sementara, perhitungan konstanta elastisitas dilakukan pada struktur paduan 16 atom dengan penambahan Cu sebanyak 6,25 dan 12,5 at.% Cu. Parameter kisi dihitung dengan menggunakan metode manual (electronic minimization) dan otomatis (ionic minimization). Perhitungan SFE dilakukan dengan menghitung perbedaan total energi dari struktur dengan dan tanpa stacking fault. Investigasi lebih lanjut dilakukan dengan analisis rapat keadaan (density of states) dan rapat muatan (charge density) untuk mengetahui pengaruh penambahan Cu. Sifat elastisitas dan kekerasan sendiri dihitung dengan menggunakan aproksimasi Voigt- Reuss-Hill dan model persamaan Tian. Parameter kisi FeNiCoCr mengalami peningkatan seiring dengan penambahan Cu, dari 3,51 Å menjadi 3,515 Å pada 4,17 at.% Cu dan 3,518 Å pada 8,33 at.% Cu. Bersamaan dengan itu, terjadi peningkatan kekerasan dan kekakuan paduan, tetapi kemudian menurun seiring dengan penambahan Cu. Sebaliknya, HEA mengalami penurunan yang diikuti dengan peningkatan keuletan seiring dengan penambahan Cu. SFE FeNiCoCr menunjukkan penurunan yang konsisten sejalan dengan penambahan Cu, yaitu dari 79,32 mJ/m2 menjadi 54,92 mJ/m2 dan 54,77 mJ/m2. Kecenderungan penurunan SFE tersebut berkaitan dengan terjadinya penurunan rapat keadaan di sekitar level Fermi dan peningkatan akumulasi muatan akibat substitusi Co dengan Cu, sehingga ikatan antar atom melemah dan jarak antar lapisan meningkat.