Dengan berkembangnya eksplorasi sumber daya kutub dan pengiriman barang kutub, perhatian yang signifikan telah diarahkan pada material untuk peralatan kutub dan teknologi pelindung terhadap kerusakan di lingkungan ekstrem. Untuk mengatasi kebutuhan perlindungan korosi pada baja rekayasa kelautan dan evaluasi kinerja baja nirkarat dalam kondisi suhu rendah, teknologi pelapisan laser digunakan untuk membuat lapisan baja nirkarat austenitik 316L dan baja nirkarat dupleks 2205 pada permukaan baja FH690. Lapisan ini menjalani uji paparan selama satu tahun di lingkungan atmosfer Stasiun Zhongshan di Antartika. Hasilnya mengungkapkan bahwa lapisan baja nirkarat secara efektif mengurangi laju korosi substrat baja laut. Struktur mikro, kekerasan mikro, perilaku tribologi, perilaku korosi elektrokimia, dan stabilitas sampel dalam kondisi suhu rendah kutub dianalisis. Temuan menunjukkan bahwa lapisan 316L menunjukkan korosi pitting minor, sedangkan lapisan 2205 menunjukkan sedikit korosi selektif. Kedua lapisan mempertahankan tingkat kekerasan mikro dan ketahanan aus sebelum paparan, dengan sedikit penurunan ketahanan korosi. Pelapis baja antikarat berlapis laser menunjukkan stabilitas dalam struktur fase dan kinerja di lingkungan paparan atmosfer Antartika, yang memberikan perlindungan efektif pada substrat baja bersuhu rendah. Hasil ini memberikan dukungan berharga untuk menilai kemampuan adaptasi lingkungan dari bahan yang digunakan dalam peralatan kutub dan memajukan teknologi pelapisan tahan korosi.

Dalam beberapa tahun terakhir, dengan pemanasan global, kelangkaan sumber daya, dan perubahan lingkungan, eksplorasi sumber daya kutub, kemajuan pengiriman kutub, dan pengamanan kepentingan kutub telah menarik perhatian yang semakin besar dari negara-negara di seluruh dunia. Penelitian telah menetapkan bahwa wilayah Arktik mengandung sekitar 30% gas alam yang belum dikembangkan di dunia dan 13% cadangan minyak yang belum dikembangkan, sementara Antartika menjadi tuan rumah ladang batu bara terbesar di dunia, yang terletak di bawah lapisan es Antartika Timur, dengan perkiraan cadangan sekitar 500 miliar ton. Dalam proses eksplorasi, pengembangan, dan pelestarian wilayah kutub, kinerja operasional peralatan kutub berkinerja tinggi seperti pemecah es, anjungan lepas pantai, dan stasiun terestrial sangat penting. Namun, lingkungan kutub itu kompleks dan keras, dengan suhu tahunan rata-rata sekitar -22.3°C di Arktik dan antara -28.9°C dan -35°C di seluruh benua Antartika. Hanya 1 hingga 4 bulan dalam setahun yang mengalami suhu rata-rata bulanan antara 0°C dan 10°C, dengan kondisi cuaca ekstrem yang menurunkan suhu layanan hingga serendah -70°C. Ditambah dengan angin kencang, radiasi ultraviolet yang intens, siklus beku-cair, dan hujan salju yang deras, peralatan kutub mengalami kerusakan korosi yang berkepanjangan dan parah akibat paparan atmosfer suhu rendah. Untuk komponen yang bergerak di pemecah es, rig pengeboran, dan sistem penyimpanan, kerusakan tambahan akibat tekanan dan beban keausan juga harus dipertimbangkan. Akibatnya, kemampuan beradaptasi lingkungan dari bahan untuk peralatan kutub telah lama menjadi titik fokus penelitian ilmiah yang ekstensif.

Saat ini, material logam untuk peralatan kutub terutama terdiri dari baja suhu rendah, yang merupakan baja berkinerja tinggi yang dirancang untuk menunjukkan ketangguhan dan kemampuan las yang sangat baik pada suhu rendah. Ini biasanya mencakup baja paduan rendah berbasis ferit dan baja tahan karat austenitik Fe-Cr-Ni. Baja paduan rendah suhu rendah digunakan secara luas karena efektivitas biayanya dan umumnya diproduksi menggunakan proses kontrol termomekanis (TMCP), yang meningkatkan kekuatan, ketangguhan, kemampuan las, dan mengurangi kandungan karbon. Wang Chaoyi dkk. melakukan eksperimen pengelasan menggunakan pengelasan busur terendam pada baja suhu rendah setebal 54 mm dengan kadar 460 MPa untuk kapal kutub yang diproduksi melalui TMCP. Mereka menemukan bahwa pada suhu sangat rendah -70°C, sampel dari zona yang terpengaruh panas dengan mikrostruktur bainitik tunggal menunjukkan fraktur getas, sedangkan material dasar dengan mikrostruktur ferit-bainit fase ganda menunjukkan kekuatan fraktur yang lebih tinggi dan ketahanan yang lebih besar terhadap perambatan retak. Sun Shibin dkk. menyelidiki perilaku tribologi pelat baja laut TMCP FH36 dengan ketebalan yang bervariasi pada 20°C, -5°C, dan -20°C. Temuan mereka mengungkapkan bahwa mikrostruktur permukaan terutama terdiri dari ferit dan perlit, sedangkan daerah ketebalan tengah menampilkan ferit, perlit, dan bainit granular. Mikrostruktur secara langsung memengaruhi kekerasan dan ketahanan aus, dengan keausan abrasif sebagai mekanisme dominan, disertai dengan kelelahan dan keausan perekat. Saat suhu menurun, kekerasan permukaan lokal meningkat, tetapi pelepasan material karena gesekan memperburuk keausan, menghasilkan jalur keausan yang lebih lebar dan lebih dalam dan peningkatan volume keausan. Li et al. mempelajari perilaku korosi awal baja suhu rendah EH36 dalam lingkungan atmosfer laut kutub yang disimulasikan, mencatat bahwa korosi tetap dalam fase yang dipercepat pada suhu rendah, dengan laju 0.47 g·m⁻²·h⁻¹. Baja suhu rendah FH690 berkekuatan tinggi menawarkan sifat mekanis suhu rendah yang sangat baik; Namun, dalam lingkungan dengan kerusakan akibat keausan dan korosi yang berpasangan, produk korosi yang longgar dan berpori gagal menahan gaya geser gesekan, dan korosi galvanik antara substrat yang terekspos dan produk keausan semakin mempercepat degradasi. Struktur mikro baja paduan rendah suhu rendah rentan terhadap perubahan yang disebabkan oleh panas dan gaya mekanis, yang menyebabkan ketidakstabilan dalam sifat mekanis dan keausan. Selain itu, tidak adanya elemen pasif mengakibatkan korosi yang cepat di lingkungan laut Cl⁻, yang secara signifikan mengurangi masa pakai dalam kondisi keausan dan korosi yang berpasangan.

Kerusakan material, seperti keausan dan korosi, biasanya dimulai di permukaan. Dengan menggunakan teknologi pelapisan sinar berenergi tinggi untuk membuat pelapis berkinerja tinggi dengan ketahanan terintegrasi terhadap keausan dan korosi suhu rendah pada permukaan baja teknik kelautan yang kuat dan bersuhu rendah, peningkatan signifikan dalam kinerja layanan peralatan teknik di lingkungan kutub ekstrem dapat dicapai. Pelapisan yang disiapkan melalui pelapisan laser pada substrat baja laut EH32 menunjukkan kekerasan dan ketahanan aus yang lebih unggul dibandingkan dengan substrat setelah pengujian korosi beku suhu rendah pada -80°C. Pemilihan material pelapis berkinerja tinggi yang tepat sangat penting untuk meningkatkan masa pakai baja laut. Baja tahan karat, dengan ketahanan korosi yang sangat baik, mengatasi kurangnya elemen pasif dalam baja laut suhu rendah dan, sebagai paduan berbasis besi, memastikan ikatan metalurgi yang kuat selama proses pelapisan. Baja tahan karat austenitik tidak memiliki transisi ulet-rapuh pada suhu rendah, menawarkan ketangguhan benturan dan ketahanan korosi yang luar biasa. Baja tahan karat dupleks memberikan kekuatan yang lebih tinggi dan ketahanan aus yang lebih baik, dengan pengendapan fase sekunder yang terkontrol sehingga tetap mempertahankan ketangguhan yang baik. Variabilitas iklim kutub yang tidak teratur mempersulit simulasi uji korosi paparan atmosfer, menjadikan paparan atmosfer lapangan jangka panjang di wilayah kutub sebagai metode evaluasi yang paling dapat diandalkan.

Studi ini membahas persyaratan material untuk peralatan teknik kutub dan kebutuhan akan perlindungan terhadap kerusakan di lingkungan ekstrem. Teknologi pelapisan laser digunakan untuk membuat baja tahan karat austenitik 316L dan pelapisan baja tahan karat dupleks 2205 pada permukaan baja FH690, diikuti oleh pengujian paparan di lingkungan atmosfer Stasiun Zhongshan di Antartika. Kekerasan mikro, perilaku tribologi, perilaku korosi elektrokimia, dan stabilitas sampel dalam kondisi suhu rendah kutub dianalisis untuk memberikan wawasan tentang kemampuan beradaptasi lingkungan dan perlindungan korosi dari material peralatan kutub. Kemanjuran perlindungan pelapisan laser 316L dan 2205 pada baja FH690 di lingkungan paparan atmosfer Antartika diselidiki.

Persiapan Eksperimen
1.1 Persiapan Pelapisan dan Kondisi Paparan Antartika
Bahan substrat yang digunakan dalam percobaan ini adalah baja FH690 dengan dimensi 100 mm × 25 mm × 10 mm. Permukaannya terlebih dahulu dipoles dengan amplas grit 1500 untuk mendapatkan goresan yang seragam, diikuti dengan pembersihan ultrasonik dengan etanol anhidrat untuk menghilangkan kotoran dan minyak pada permukaan, lalu dikeringkan untuk penggunaan selanjutnya. Serbuk paduan baja tahan karat 316L dan 2205, dengan ukuran partikel berkisar antara 48 hingga 74 μm, dipilih sebagai bahan pelapis dan dikeringkan dalam lingkungan vakum pada suhu 50°C selama 24 jam sebelum pelapisan.

Serbuk paduan diaplikasikan secara merata ke permukaan substrat menggunakan metode serbuk prasetel, dengan ketebalan lapisan sekitar 2 mm dan dimensi planar 50 mm × 25 mm. Laser semikonduktor berpasangan serat (RECI Laser, DAC4000) dengan daya keluaran maksimum 4 kW digunakan untuk pelapisan. Parameter pelapisan adalah sebagai berikut: daya laser 1.6 kW, diameter titik 2 mm, kecepatan pemindaian 800 mm/menit, tingkat tumpang tindih 25%, dan perlindungan atmosfer argon. Setelah pelapisan, lapisan dipoles dengan amplas 1500-grit agar sesuai dengan kondisi substrat, lubang dibor di lokasi tertentu untuk perakitan sampel, dan keadaan awal sampel difoto dan ditimbang.

Fiksasi sampel untuk paparan atmosfer di Antartika mengikuti standar GB/T 14165-2008, dengan permukaan sampel diposisikan pada sudut 45° terhadap bidang horizontal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Sampel ditempatkan di Stasiun Zhongshan di Antartika untuk durasi pengujian selama 1 tahun (Desember 2022 hingga Desember 2023). Setelah diambil, sampel difoto, dan sampel yang mengandung produk korosi direndam dalam larutan penghilang karat yang mengandung 100 mL HCl, 100 mL air deionisasi, dan 0.3 g heksametilenatetramina untuk pembersihan ultrasonik. Sampel kemudian dibilas dengan alkohol, dikeringkan, difoto, dan ditimbang. Pemesinan pelepasan listrik kawat digunakan untuk memproses sampel menjadi spesimen yang lebih kecil dengan luas permukaan 10 mm × 10 mm untuk pengujian selanjutnya.

1.2 Karakterisasi Sampel dan Pengujian Kinerja Sebelum dan Sesudah Paparan Antartika
Lapisan sebelum dan sesudah paparan atmosfer Antartika dikarakterisasi untuk morfologi, komposisi, dan struktur fase menggunakan mikroskop elektron pemindaian (SEM, ZEISS Gemini300), spektrometer dispersif energi sinar-X (EDS, Oxford INCA 80), difraktometer sinar-X (XRD, Bruker D8 Advance), dan mikroskop pemindaian laser confocal (CLSM, Keyence VK-X250).

Kekerasan mikro diukur menggunakan alat uji kekerasan mikro Vickers (Veiyee QHV-1000SPTA) pada 20 titik yang dipilih secara acak pada permukaan pelapis, dengan beban yang diberikan sebesar 200 g dan waktu diam selama 15 detik. Rata-rata dari 20 pengukuran diambil sebagai kekerasan permukaan pelapis. Perilaku tribologi geser kering linier dari pelapis dievaluasi menggunakan mesin uji gesekan dan keausan multifungsi (Rtec MFT-5000) dengan gaya normal yang diberikan sebesar 10 N, durasi keausan selama 1800 detik, jarak resiprokal 3 mm, dan bola keramik SiN (diameter 6.35 mm) sebagai permukaan lawan. Jejak keausan dianalisis menggunakan morfometer tiga dimensi (Bruker Contour GT-K). Perilaku korosi pada suhu 10 ± 0.1°C dinilai menggunakan stasiun kerja elektrokimia (Gamry Reference 3000) dalam larutan NaCl 3.5 wt.% dengan sistem tiga elektroda: kawat platina sebagai elektroda lawan, elektroda Ag/AgCl sebagai elektroda referensi, dan lapisan sebagai elektroda kerja, yang dibungkus dalam resin epoksi untuk mengekspos area kerja berukuran 10 mm × 10 mm. Pengujian potensi rangkaian terbuka (OCP) dilakukan selama 1800 detik pada frekuensi pengambilan sampel 0.5 s⁻¹, diikuti oleh spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS) pada OCP dengan rentang frekuensi 100 kHz hingga 10 mHz. Polarisasi potensiodinamik dilakukan pada laju pemindaian 1 mV·s⁻¹, dimulai dari potensial awal -0.3 V relatif terhadap OCP dan berakhir saat kerapatan arus polarisasi anoda mencapai 1 mA·cm⁻², menghasilkan kurva polarisasi Tafel. Setiap uji tribologi dan elektrokimia diulang setidaknya tiga kali untuk memastikan keakuratan.

2 Hasil dan Diskusi
2.1 Analisis Morfologi dan Kehilangan Massa
Morfologi mikroskopis pelapis setelah persiapan ditunjukkan pada Gambar 2. Kedua pelapis mencapai ikatan metalurgi yang memuaskan dengan substrat, menunjukkan struktur yang seragam dan padat tanpa cacat seperti retakan, pori-pori, inklusi, atau kurangnya fusi pada antarmuka. Analisis komposisi elemen-elemen utama dalam pelapis disajikan dalam Tabel 1. Cr dan Mo, elemen-elemen tahan-pitting yang penting dalam baja tahan karat, membentuk film pasivasi yang padat di lingkungan yang korosif, sementara Ni adalah elemen penstabil austenit utama. Pelapisan laser, sementara mencapai ikatan metalurgi antara pelapis dan substrat, memperkenalkan beberapa pengenceran, dengan elemen-elemen dari substrat bermigrasi ke dalam pelapis, menghasilkan kandungan Cr dan Ni yang sedikit lebih rendah dibandingkan dengan komposisi nominal dari dua baja tahan karat.

Gambar 3 mengilustrasikan morfologi makroskopis dari dua lapisan baja tahan karat dalam keadaan awal, setelah 1 tahun paparan di Stasiun Zhongshan di Antartika, dan setelah penghilangan karat. Dalam keadaan awal, substrat baja FH690, lapisan 316L, dan lapisan 2205 menunjukkan kilau metalik yang cerah (Gambar 3a, 3d) dengan karakteristik permukaan yang sangat baik. Setelah 1 tahun paparan di Stasiun Zhongshan, lapisan tetap terikat dengan baik pada substrat tanpa retak atau delaminasi. Substrat baja FH690 mengalami korosi, bereaksi dengan oksigen untuk membentuk lapisan oksida yang seragam dan longgar, beralih dari kilau metalik menjadi rona kecokelatan (Gambar 3b, 3e). Produk korosi utama baja FH690 dalam lingkungan atmosfer laut meliputi α-FeOOH, β-FeOOH, dan Fe₃O₄. Diposisikan pada sudut 45° terhadap tanah, curah hujan dan salju di Antartika menyebabkan produk korosi dari substrat FH690 mengalir ke lapisan, mengubah beberapa area menjadi abu-abu kecokelatan. Setelah karat dihilangkan, produk korosi abu-abu kecokelatan pada permukaan lapisan menghilang, dan morfologi permukaan lapisan 316L dan 2205 menunjukkan penyimpangan minimal dari keadaan awalnya (Gambar 3c, 3f), yang menunjukkan perlindungan efektif terhadap substrat FH690.

Fitur mikroskopis baja paduan rendah setelah korosi di lingkungan atmosfer Antartika telah dilaporkan, biasanya membentuk produk korosi berbentuk balok, pipih, atau seperti kelopak disertai dengan retakan dan fitur pitting. Morfologi mikroskopis dari dua lapisan baja tahan karat setelah 1 tahun paparan atmosfer di Stasiun Zhongshan ditunjukkan pada Gambar 4. Permukaan lapisan 316L menunjukkan banyak lubang pitting, dengan perbedaan yang dapat diabaikan dalam kandungan elemen logam di dalam dan luar pit, meskipun kandungan oksigen lebih tinggi pada dinding pit. Baja tahan karat bergantung pada elemen yang mudah dipasivasi seperti Cr dan Mo untuk membentuk film oksida padat untuk menahan korosi Cl⁻; kandungan oksigen yang lebih tinggi menunjukkan film pasivasi yang lebih padat, dengan area dengan kandungan film pasivasi yang lebih rendah lebih disukai terkorosi. Permukaan lapisan 2205 menunjukkan karakteristik korosi selektif, dengan daerah austenit (B2) dengan kandungan Cr lebih rendah yang mengalami korosi secara istimewa, sedangkan daerah ferit (B1) dengan kandungan Cr lebih tinggi menunjukkan kadar oksigen lebih tinggi dan kualitas film pasivasi yang lebih unggul.

Morfologi konfokal laser dari dua lapisan baja tahan karat setelah 1 tahun paparan atmosfer di Stasiun Zhongshan di Antartika ditunjukkan pada Gambar 5. Lapisan 316L menunjukkan banyak lokasi korosi lubang kecil, dengan beberapa lubang kecil berkumpul dan menyatu menjadi lubang yang lebih besar, yang terdalam mencapai 12.89 μm. Sebaliknya, lapisan 2205 tidak menunjukkan fitur korosi lubang, terutama mengalami korosi selektif ringan, dengan morfologi mikroskopisnya mencerminkan struktur dua fase karakteristik baja tahan karat dupleks.

Analisis fase dari dua lapisan baja tahan karat pada kondisi awal dan setelah 1 tahun paparan atmosfer di Stasiun Zhongshan (Gambar 6) mengungkapkan bahwa lapisan 316L dan 2205 mempertahankan struktur austenitik fase tunggal yang stabil dan struktur austenitik-feritik fase ganda, masing-masing, baik sebelum maupun setelah paparan. Permukaan lapisan hanya mengalami korosi kecil tanpa akumulasi produk korosi yang signifikan. Mengingat bahwa ketebalan film pasivasi biasanya tidak melebihi 10 nm, tidak ada puncak difraksi tambahan yang terdeteksi. Lapisan 316L dan 2205 yang dilapisi laser menunjukkan stabilitas fase dalam lingkungan paparan atmosfer Antartika.

Berdasarkan hasil di atas, produk korosi yang diamati pada sampel berasal dari substrat, sedangkan lapisan itu sendiri tidak menunjukkan perubahan yang signifikan. Metode kehilangan massa digunakan untuk menyelidiki laju korosi sampel dan mengevaluasi kemanjuran perlindungan lapisan baja tahan karat. Dalam studi korosi paparan atmosfer, kehilangan massa korosi dan laju korosi bahan logam dihitung menggunakan persamaan berikut: di mana ω mewakili kehilangan massa korosi per satuan luas (g/m²), ν menunjukkan laju korosi (mm/a), m_t adalah massa sampel setelah penghilangan karat (g), m_0 adalah massa sampel sebelum paparan (g), S adalah luas permukaan sampel (cm²), ρ adalah densitas baja paduan rendah (sekitar 7.86 g/cm³), dan t adalah waktu paparan (h).

Kehilangan massa terhitung dan laju korosi rata-rata baja FH690 di bawah perlindungan dua lapisan disajikan dalam Gambar 7. Di bawah lapisan 316L, kehilangan massa baja FH690 adalah 12.5 mg·cm⁻², dengan laju korosi rata-rata 15.9 μm·a⁻¹; di bawah lapisan 2205, kehilangan massa adalah 12.8 mg·cm⁻², dengan laju korosi rata-rata 16.3 μm·a⁻¹. Kedua lapisan menunjukkan korosi yang dapat diabaikan di lingkungan atmosfer Antartika, memberikan perlindungan yang efektif pada substrat baja FH690. Laju korosi rata-rata di bawah dua lapisan hampir identik, dengan semua kehilangan massa dikaitkan dengan substrat yang terekspos. Dibandingkan dengan laju korosi baja laut kelas 690 MPa yang tidak dilindungi di atmosfer Antartika (18.7 μm·a⁻¹), pengurangan yang signifikan tercapai.

2.2 Kekerasan mikro
Gambar 8 mengilustrasikan rata-rata kekerasan mikro dari dua permukaan pelapis baja tahan karat. Nilai kekerasan mikro awal dari pelapis 316L dan 2205 masing-masing adalah 279.19 HV₀.₂ dan 392.77 HV₀.₂. Biasanya, kekerasan mikro dari coran 316L tidak melebihi 200 HV₀.₂, sedangkan coran 2205 sekitar 300 HV₀.₂. Kekerasan yang lebih tinggi dari pelapis yang dilapisi laser dapat dikaitkan dengan dua faktor: pertama, pendinginan cepat selama pelapisan laser menghasilkan struktur butiran dendritik dan ekuaksis halus, yang berkontribusi pada penguatan penyempurnaan butiran; kedua, ikatan metalurgi antara substrat dan pelapis memungkinkan elemen dari baja FH690 bercampur ke dalam pelapis baja tahan karat, yang meningkatkan kekerasan. Hal ini didukung oleh hasil EDS (Tabel 1), yang menunjukkan pengenceran Fe, sehingga mengurangi kandungan unsur-unsur lainnya. Setelah 1 tahun terpapar atmosfer di Stasiun Zhongshan, kekerasan mikro lapisan tersebut hampir tidak berubah, menunjukkan kemampuan adaptasi lingkungan yang sangat baik.

2.3 Perilaku Tribologi
Gambar 9 menyajikan perilaku tribologi dari dua lapisan baja tahan karat sebelum dan sesudah paparan atmosfer Antartika. Di bawah kondisi gesekan geser kering, koefisien gesekan (COF) stabil setelah sekitar 300 detik, mencapai nilai tetap sekitar 0.7. Setelah 1 tahun paparan atmosfer di Stasiun Zhongshan, COF lapisan 316L sedikit menurun dibandingkan dengan keadaan awalnya, sedangkan lapisan 2205 tetap tidak berubah. Kehilangan volume keausan kedua lapisan tetap konsisten sebelum dan sesudah paparan, dengan lapisan 2205 menunjukkan volume keausan yang lebih rendah daripada lapisan 316L. Profil lintasan keausan lapisan 2205 lebih dangkal daripada lapisan 316L, yang menunjukkan ketahanan aus yang unggul. Lapisan 316L menunjukkan tonjolan yang jelas di tepi lintasan keausan, yang dihasilkan dari deformasi plastik di bawah tekanan bola geser. Laju keausan (μ) lapisan dihitung menggunakan persamaan Archard: di mana V adalah kehilangan volume keausan yang diukur (mm³), N adalah beban normal (N), dan d adalah total jarak geser (m).

Hasil perhitungan, yang ditunjukkan pada Gambar 9d, menunjukkan bahwa tingkat keausan lapisan 316L dan 2205 masing-masing sekitar 8.35 × 10⁻⁶ mm³·N⁻¹·m⁻¹ dan 7.85 × 10⁻⁶ mm³·N⁻¹·m⁻¹. Setelah paparan atmosfer Antartika, tingkat keausan kedua lapisan tetap pada tingkat sebelum paparan, yang menunjukkan ketahanan aus yang stabil.

Gambar 10 menggambarkan morfologi jalur keausan dari dua lapisan baja tahan karat setelah 1 tahun pemaparan di Stasiun Zhongshan, dengan hasil pemindaian titik EDS disediakan dalam Tabel 2. Lebar jalur keausan lapisan 316L adalah 565.72 μm, sedangkan lapisan 2205 adalah 495.71 μm, konsisten dengan kehilangan massa yang lebih besar yang diamati untuk lapisan 316L. Secara morfologi, kedua lapisan menunjukkan alur pembajakan dan lapisan transfer di jalur keausan, yang menunjukkan terjadinya keausan abrasif dan perekat. Lapisan 316L menunjukkan prevalensi lapisan transfer yang lebih tinggi, dengan keausan perekat lebih menonjol, sedangkan lapisan 2205 menunjukkan alur pembajakan yang lebih jelas, yang menunjukkan keausan abrasif sebagai mekanisme yang dominan. Lapisan transfer menunjukkan kandungan oksigen yang sangat tinggi, yang disebabkan oleh panas gesekan selama keausan bolak-balik yang mendorong oksidasi elemen pasif seperti Cr dan Mo.

2.4 Perilaku Korosi Elektrokimia
Gambar 11 menunjukkan kurva polarisasi potensiodinamik dari dua lapisan baja tahan karat, dengan parameter korosi elektrokimia tercantum dalam Tabel 3. Setelah 1 tahun paparan atmosfer di Stasiun Zhongshan, kurva polarisasi potensiodinamik lapisan 316L menunjukkan perubahan tren yang minimal, meskipun potensi kerusakan pitting (E_b, awal 536.8 mV, pasca paparan 503.7 mV) bergeser sedikit lebih awal, dan kerapatan arus pasif (i_p) berlipat ganda. Interval pasivasi (ΔE) lapisan 2205 tetap sekitar 1300 mV, tetapi i_p meningkat dari 2.455 μA·cm⁻² menjadi 4.177 μA·cm⁻² pasca paparan. Setelah paparan, ketahanan korosi lapisan 316L dan 2205 menurun ke berbagai tingkat, yang disebabkan oleh cacat permukaan yang disebabkan oleh atmosfer Antartika yang korosif.

Gambar 12 menyajikan hasil spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS) untuk dua lapisan baja tahan karat. Setelah 1 tahun paparan atmosfer, plot Nyquist (Gambar 12a) dari lapisan 316L dan 2205 menunjukkan jari-jari busur kapasitif yang berkurang, yang menunjukkan penurunan resistansi transfer muatan dan stabilitas film pasivasi. Dalam plot Bode (Gambar 12b), modulus impedansi (|Z|) pada 0.1 Hz, yang biasanya mencerminkan resistansi polarisasi material dalam larutan, menurun pasca paparan untuk kedua lapisan, yang menandakan berkurangnya resistansi korosi. Selain itu, sudut fase yang lebih besar dan rentang yang lebih luas di wilayah frekuensi menengah menunjukkan stabilitas film pasivasi yang lebih baik. Setelah paparan, sudut fase frekuensi menengah dari lapisan 316L menyempit dan berkurang, sedangkan lapisan 2205 juga menurun, yang mencerminkan penurunan kualitas film pasivasi. Mengingat adanya dua konstanta waktu dalam proses korosi, model lapisan ganda (sisipan pada Gambar 12a) digunakan untuk menyesuaikan data, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4. Impedansi lapisan luar berpori (R_p) secara signifikan lebih rendah daripada lapisan dalam (R_c), yang menunjukkan bahwa resistansi reaksi elektroda pelapis terutama diatur oleh langkah transfer muatan. Pasca paparan, R_c dari kedua pelapis menurun. Meskipun ada sedikit penurunan dalam resistansi korosi setelah paparan atmosfer Antartika, pelapis berlapis laser mempertahankan keadaan pasivasi yang stabil dan laju korosi yang rendah, yang terus memberikan perlindungan yang efektif terhadap baja laut suhu rendah.

3 Kesimpulan

Dalam makalah ini, pelapis baja tahan karat austenitik 316L dan baja tahan karat dupleks 2205 disiapkan pada substrat baja laut suhu rendah FH690 dengan teknologi pelapisan laser. Pelapis tersebut terpapar ke atmosfer selama 1 tahun di Stasiun Zhongshan di Antartika. Efek perlindungan, struktur mikro, kekerasan, gesekan dan keausan, serta perilaku korosi elektrokimia dari kedua pelapis tersebut dianalisis. Hasilnya adalah sebagai berikut:

(1) Terjadi sedikit pengelupasan pada permukaan lapisan 316L, dan sedikit korosi selektif terjadi pada permukaan lapisan 2205. Kedua lapisan baja tahan karat dapat mempertahankan struktur fase yang stabil, yang memainkan peran perlindungan yang baik pada substrat baja FH690 dan mengurangi laju korosi atmosfer pada substrat.

(2) Mikrokekerasan kedua lapisan hampir tidak berubah; koefisien gesekan stabil pada sekitar 0.7, dan laju keausan lapisan 316L dan 2205 dipertahankan pada sekitar 8.35 dan 7.85×10-6 mm3·N-1·m-1, masing-masing; lapisan 316L terutama mengalami keausan perekat, sedangkan lapisan 2205 terutama mengalami keausan abrasif. Kedua lapisan tersebut mampu mempertahankan ketahanan mekanis dan keausan yang stabil sebelum dan sesudah paparan Antartika.

(3) Sejumlah kecil cacat korosi dihasilkan pada permukaan kedua lapisan, sehingga mengakibatkan peningkatan kerapatan arus pasif, potensi kerusakan dini lapisan 316L, dan penurunan impedansi film pasivasi kedua lapisan, tetapi masih mampu mempertahankan efek pasivasi yang baik dan laju korosi yang rendah.