Sifat Material dan Ketahanan Korosi Pada Stainless Steel 316L

Desain tipe 316L stainless steel didasarkan pada tipe 302 stainless baja. Ketahanan korosinya ditingkatkan dengan menambahkan 2,0-3,0% Mo, meningkatkan Ni dari 8,0-10,0% menjadi 12,0-15,0%, dan mengurangi C menjadi kurang dari 0,030%. ‘L’ berarti ‘konten rendah karbon’. Kehadiran Mo sebagai elemen paduan dalam stainless steel mengurangi jumlah dan ukuran nukleasi dan lubang metastabil. Ini karena ikatan dalam lapisan oksida diperkuat dan situs aktif disebabkan oleh pembentukan molibdat atau molibdenum oksihidroksida dihilangkan (Ilevbare and Burstein, 2001). Komposisi dan sifat mekanis dari paduan ini dirangkum dalam Tabel 1 dan 2 Dalam kasus baja stainless tipe 316L, perawatan larutan dilakukan, diikuti oleh pendinginan cepat (seperti pendinginan air) setelah produk dipanaskan hingga 1010–1150 ºC. Bentuk perlakuan panas ini menyebabkan pembubaran endapan selama proses pembuatan, serta pelepasan galur yang diinduksi selama penggulungan. Pelepasan energi regangan menyebabkan rekristalisasi struktur. Biomaterial logam harus memiliki sifat-sifat prasyarat penting seperti ketahanan korosi, kekuatan, ketangguhan, dan keuletan. seperti dibahas di atas, sifat-sifat ini dapat dicapai melalui komposisi kimia, perlakuan panas, dan kerja seperti penempaan dan penggulungan.(Hanawa, 2010)

Tabel 1. Standar ASTM untuk uji ketahanan korosi pada biomaterial (Asri et al., 2017)

Standar ASTM	Specifikasi
ASTM G 61-86, and ASTM G 5-94	Kinerja korosi dari logam biomaterial
ASTM G71-81	Korosi galvanik dalam cairan elektrolit
ASTM F746-87	Sumuran atau Korosi Celah bahan implan bedah logam
ASTM F2129-01	Pengukuran polarisasi potensiodinamik pembentukan siklik

Tabel 2. Komposisi representatif stainless steel dan paduan Co-Cr

 

Tabel 3. Sifat mekanis representatif dari material stainless steel dan Co-Cr

Tabel 4. Sifat mekanis minimun untuk pelat baja SS Autenitik 316,316L,317,317L, lembar dan strip sesuai spesifikasi ASTM A240 dan ASM ESA-240 (United Performance Metals, 2019)

 

Walaupun sama-sama material logam, Austenitik Stainless steel 316L mempunyai sifat mekanik yang berbeda, itu tergantung dari proses produksinya masing-masing, sebagai contoh akan dijelaskan sebagai berikut.

Dalam penelitian (Bartolomeu et al., 2017) menjelaskan pengaruh sifat mekanik dan tribologis baja stainless 316L pada perbandingan antara peleburan laser selektif, penekanan panas dan pengecoran konvensional, dijelaskan secara komprehensif tentang pengaruh tiga teknologi pemrosesan yang berbeda (Selective Laser Melting, Hot Pressing, dan casting konvensional) pada struktur mikro, mekanis dari austenitik 316L Stainless Steel. Korelasi antara teknologi pemrosesan, diperoleh struktur mikro dan perilaku mekanis dan keausan tercapai. Hasilnya menunjukkan sifat mekanik tertinggi dan kinerja tribologis diperoleh untuk spesimen 316L SS diproduksi dengan Selective Laser Melting, jika dibandingkan dengan Hot Pressing dan casting konvensional. Keausan tinggi dan kinerja mekanis dari Stainless Steel 316L yang dibuat oleh Selective Laser Melting terutama karena struktur mikro berserat. Dalam hal ini, Selective Laser Melting tampaknya metode yang menjanjikan untuk membuat implan 316L SS yang dapat disesuaikan dengan mekanik yang lebih baik dan kinerja yang baik.

Gambar 1. mikrograf optik dari sampel yang dihasilkan oleh: a. Casting, b. HP, c. SLM (dietsa dengan acqua regia reagen) dan d. SLM (dietsa dengan reagen: Picric acid dan

HCl).

Gambar 2. Kekerasan Vickers untuk spesimen 316L SS.

Gambar 3. Kekuatan luluh dan kekuatan tarik untuk spesimen 316L SS.

Gambar 4. Tensile Strain untuk specimen 316L SS.

Gambar 5. Laju keausan khusus (k) untuk spesimen yang diperoleh dengan teknik pemrosesan yang berbeda.

Gambar 6. Evolusi COF terhadap waktu untuk 316L SS dengan bola  alumina:  a. Casting, b. HP dan c. SLM.   Gambar 7. Koefisien gesekan untuk 316L SS terhadap bola alumina:a. Casting,      b. HP dan c. SLM.

Gambar 8. SEM dari area tengah trek keausan terbentuk setelah tes keausan pada spesimen 316L SS yang diperoleh dengan: a. Casting, b. HP dan c. SLM, dengan bola alumina.

Produk yang banyak dihasilkan oleh SS 316L ini berupa implant tulang, Artificial Hip joint, dan bisa di gunakan untuk impant gigi.

Meskipun bahan ini memiliki sifat mekanik yang baik, biokompatibilitas, dan ketahanan terhadap korosi, logam campuran ini masih mengalami korosi di lingkungan tertentu, apalagi 316L mempunyai kandungan Ni mencapai 10-14% apabila sampai terlarut kedalam tubuh maka akan sangat mebahayakan bagi kesehatan. Berbagai jenis korosi yang terjadi pada implan menyebabkan ion logam berlebihan dilepaskan ke lingkungan. Bergantung pada jumlah elemen jejak yang diperlukan dalam tubuh, ion yang dilepaskan secara berlebihan ternyata beracun atau berbahaya bagi tubuh. Ini menyebabkan masalah kesehatan yang signifikan bagi pasien yang menggunakan implan. Dengan demikian, modifikasi permukaan diperlukan untuk mengatasi korosi serta untuk meningkatkan tekstur permukaan dan sifat biokompatibilitas.

Daftar Pustaka

Asri, R. I. M. et al. (2017) ‘Corrosion and surface modification on biocompatible metals: A review’, Materials Science and Engineering C. Elsevier B.V., 77, pp. 1261–1274. doi: 10.1016/j.msec.2017.04.102.

Bartolomeu, F. et al. (2017) ‘316L stainless steel mechanical and tribological behavior — A comparison between selective laser melting , hot pressing and conventional casting’, Additive Manufacturing. Elsevier B.V., 16, pp. 81–89. doi: 10.1016/j.addma.2017.05.007.

Hanawa, T. (2010) ‘Overview of metals and applications’, Metals for Biomedical Devices, pp. 3–24. doi: 10.1533/9781845699246.1.3.

Ilevbare, G. O. and Burstein, G. T. (2001) ‘The role of alloyed molybdenum in the inhibition of pitting corrosion in stainless steels’, 43.

United Performance Metals (2019) Stainless 316, 316L, 317, 317L.