NASKAH PUBLIKASI TUGAS AKHIR
ANALISIS PENGARUH WAKTU PENAHANAN CELUP TERHADAP KETEBALAN PERMUKAAN DAN KILAP PADA PROSES ELEKTROPLATING BAJA KARBON TINGGI
Diajukan Untuk Memenuhi Tugas Dan Syarat-Syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjana S1 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun : TRI WIDODO NIM : D 200 070 029 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2014
HALAi'AN PERSETUJUAN
Tugas akhir berjudul "ANALISIS PENGARUH WAKTU PENAHANAN CELUP TERHADAP KETEBALAN PERMUKAAN DAN KILAP PADA PROSES ELEKTROPLATING BAJA KARBON TINGGI', tetah disetujui
oleh pembimbing dan diterima untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoleh derajat sarjana Sl pada jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dipersiapkan oleh
Nama NIM
: Tri
Widdo
: D 200 070 029
Pembimbing Utama
tt
:
Pembimbing .Pendamping -t
V_^A_
lr. Masvr-ukan. MT
Tri Widodo Besar R..ST..MSc..Ph.D
Tri Widodo Besar R..ST..MSc..Ph.D
ANALISIS PENGARUH WAKTU PENAHANAN CELUP TERHADAP KETEBALAN PERMUKAAN DAN KILAP PADA PROSES ELEKTROPLATING BAJA KARBON TINGGI Tri Widodo, Masyrukan, Tri Widodo Besar Riyadi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartosuro Email :
[email protected] ABSTRAKSI Elektroplating yaitu proses pelapisan logam dengan logam lain di dalam suatu larutan elektrolit dengan pemberian arus listrik. Konsep yang digunakan dalam proses elektoplanting adalah konsep reaksi reduksi dan oksidasi dengan menggunakan sel elektrolisa. Dalam sel elektrolisa arus yang akan dialirkan akan menimbulkan reaksi reduksi dan oksidasi dangan mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Elektroplating dengan menggunakan pelapis tembaga pada plat baja karbon tinggi. Tujuan Tugas Akhir ini adalah mengetahui pengaruh variasi waktu tahan celup terhadap ketebalan dan kilap hasil pelapisan tembaga. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan material plat baja karbon tinggi dengan dimensi 4 cm x 4,5 cm x 1,5 cm sebanyak 3 spesimen. Voltase yang digunakan adalah 7 volt. Setelah diplating material diuji ketebalan lapisan dengan Thickness gauge dan uji kilap lapisan dengan Gloss meter. Dari hasil pengujian tebal lapisan dengan variasi waktu 5 detik sebesar 0.202 µm, 7 detik sebesar 0.270 µm, 9 detik sebesar 0.294 µm. Dari hasil pengujian kilap Gloss meter dengan variasi waktu 5 detik sebesar 134.7 GU, 7 detik sebesar 133.7GU, 9 detik sebesar 129.5 GU. Kata kunci : Elektroplating, Tembaga, Ketebalan, Kilap, Baja Karbon Tinggi.
1. Material
PENDAHULUAN
yang
digunakan
untuk
Berbagai macam barang yang
dilapis tembaga adalah baja karbon
berasal dari logam baik baja, besi,
tinggi berupa plat dengan dimensi 4
aluminium dan lain-lain dibentuk dan
cm x 4,5 cm dengan ketebalan 1,5
dicetak sehingga mempunyai bentuk
cm.(sebanyak 3 buah).
yang
diinginkan
pengerjaan
teknologi
2. Bahan
proses
dalam
logam,
elektroplating proses
Dalam
termasuk
pengerjaan
finishing.
Fungsi
penelitian
3. Parameter
metal
utama
yang
digunakan
ini
adalah
tembaga.
ke dalam
akhir
pelapis
pada
dari
lain
rangkaian
yang
ditetapkan
yaitu
:
Besar
pelapisan logam adalah memperbaiki
tegangan listrik yang dipilih adalah 7
penampilan
volt dan jarak anoda – katoda 20
dekoratif
misalnya:
cm.
pelapisan tembaga, pelapisan nikel, Juga
4. Proses waktu celup material yang
memperbaiki kehalusan atau bentuk
diterapkan adalah 5 detik, 7 detik
permukaan logam dasar. Selain itu
dan 9 detik.
pelapisan
chrom,
dan
5. Pengujian yang dilakukan adalah
juga melindungi logam dasar dari korosi.
Korosi
dapat
pengujian
didefinisikan
Gloss
meter
sebagai perusakan suatu material
mengetahui
terutama
tembaga hasil elektroplating. Dan
logam
karena
bereaksi
pengujian
dengan lingkungan Pada
penelitian
melakukan dengan
proses
ini
tingkat
kilap
untuk
ketebalan
lapis
Thckness
gauge.
penulis
elektroplating
menggunakan
TUJUAN PENELITIAN
pelapisan
mengetahui ketebalan lapisan dan
1. Menentukan pengaruh waktu tahan celup pada baja karbon tinggi proses elektroplating tembaga 2. Mengetahui tingkat kilap dan
tingkat kilap pada material yang telah
ketebalan lapisan pada spesimen
dilapisi.
setelah
BATASAN MASALAH
tembaga
tembaga pada plat baja karbon tinggi yang selanjutnya akan diuji untuk
proses
elektroplating
Dalam penelitian ini penulis memberikan
batasan
TINJAUAN PUSTAKA
masalah
Hartomo, Anton J (1995) Dalam
sebagai berikut:
teorinya mengatakan bahwa dalam 1
melakukan
elektroplating,
barang
LANDASAN TEORI Elektroplating
yang dilapis tidak boleh begitu saja
Elektroplating
dicelupkan ke bak tanpa perlakuan
yaitu
proses
terlebih dahulu. Permukaan harus
pelapisan logam dengan logam lain
bersih idealnya berupa atom-atom
didalam
suatu
logam tanpa pengotor apapu.
dengan
pemberian
Konsep
yang
Risyanto elektroplating
(2006) tembaga
Proses
proses
nikel–krom
larutan
elektrolit
arus
listrik.
digunakan
dalam
elektoplanting
adalah
pada aluminium 1100 disimpulkan
konsep reaksi reduksi dan oksidasi
bahwa semakin lama waktu celup
dengan
elektroplating semakin berat lapisan
elektrolisa. Dalam sel elektrolisa
yang dihasilkan. Semakin lama waktu
arus yang akan dialirkan akan
celup elektroplating semakin tebal
menimbulkan reaksi reduksi dan
lapisan yang dihasilkan.
oksidasi dangan mengubah energi
menggunakan
sel
Alois Schonmeetz, Karl Gruber,
listrik menjadi energi kimia. Proses
1985 dalam teorinya mengatakan
pelapisan terjadi jika suatu benda
bahwa pelapisan permukaan yang
yang akan dilapisi berfungsi sebagai
mengutamakan
yang
katoda dan benda pelapis sebagai
mengkilap, yaitu dengan memberikan
anoda dicelupkan kedalam larutan
Nikel-Krom. Nikel memang tidak peka
elektrolit dengan kosentrasi tertentu,
terhadap akibat kimiawi, akan tetapi
kemudian arus dialirkan kedalam
akan
yang
larutan tersebut maka ion-ion pada
menyakinkan bagi suatu logam yang
anoda akan terurai kedalam larutan
dipadu dengan Krom. Pemberian tipis
dan akan melapisi benda yang akan
pada
berfungsi
memberi
Baja
menggunakan
keindahan
perlidungan
sangat Krom,
baik
bila
Banyaknya
dikarenakan
sebagai ion
yang
katoda. diuraikan
sifat Krom itu sendiri pada hasil
tergantung dari besarnya arus yang
pelapisan
dan
dialirkan. Semakin besar arus yang
tahan aus serta tahan terhadap
dialirkan semakin banyak ion yang
kimiawi. Lawrence H, Van Vlack,
diuraikan begitu pula sebaliknya.
menjadikan
keras
Tujuan dari elektroplating itu
1985.
sendiri selain untuk mempertinggi nilai
dekoratif
juga
berfungsi
sebagai proteksi terhadap korosi 2
dan untuk menghasilkan benda atau
dianoda dan Cu+2 direduksi menjadi
logam yang memiliki karakteristik
atom-atom Cu dan logam Cu ini
fisik dan mekanik tertentu.
akan
menempel
sehingga
Dasar teori elektroplating 1. Reaksi Elektrokimia
benda
pada
katoda
tersebut
telah
dilapisi dengan tembaga.
Reaksi elektrokimia yaitu SUMBER ARUS
reaksi yang menghasikan transfer,
AMPERE METER
bentuk enargi listrik menjadi energi kimia atau sebaliknya. Melalui saling
Cu2+
Cu2+
interaksi antara arus listrik dan reaksi reduksi-oksidasi.
Dalam
proses
SO42‐ Cu2+
elaktroplanting pemberian arus listrik akan
menimbilkan
reaksi
SO42‐
SO42‐
So42‐
reduksiANODA
KATODA
oksidasi, dengan kata lain energi listrik Gambar 1 Proses Reduksi dalam Larutan
diubah menjadi energi kimia. Proses pelapisan dapat terjadi
Proses pelapisan dapat terjadi sebagai
karena elektron yang lepas dari atomberikut : elektron yang lepas dari atom-
atom tembaga meninggalkan anoda yang
kemudian
masuk
atom tembaga meninggalkan anoda
kedalam
larutan sebagai ion-ion tembaga.
yang
kemudian
masuk
kedalam
2. Reaksi reduksi Oksidasi larutan sebagai ion – ion tembaga.
Jika sel elektrolit digunakan tembaga murni sebagai anoda dan
Cu
benda yang akan dilapisi sebagai
Electron
Cu2+ +2 (anoda) bergerak
dari
anoda
ke
katoda. Keduanya dicelupkan ke dalam
bak
yang
berisi
katoda beraksi dengan ion-ion Cu
larutan
CuSO4, dengan konsentrasi tertentu,
menjadi
kemudian arus dialirkan ke dalam
melapisi katoda.
larutan tersebut maka benda katoda akan terlapisi dengan
Cu2+ + 2
tembaga.
tembaga terjadi reaksi kimia dan di katoda Cu
yang
Cu (katoda)
Hukum Faraday merupakan
direduksi. Atom-atom salah
tembaga (Cu) akan menjadi Cu+2 3
tembaga
3. Hukum Faraday
Dalam hal ini di anoda logam +2
ion-ion
satu
hokum
yang
berhubungan
dengan
electroplating
yang
proses
TEMBAGA Manusia
menyatakan
mengenal
tembaga
sejak zaman prasejarah, dan logam itu bahwa dengan adanya arus yang
mulai
ditambang
setidaknya
6000
mengalir dalam larutan elektrolit
tahun lampau. Kegunaan untuk piranti
maka terjadilah gerakan iom dan
listrik,
bangunan,
kendaraan penetralan ion. Hubungan antara
jumlah
logam
bermotor,
industri, dan
alat
kominikasi.
jumlah arus listrik yang mengalir dengan
alat
Tembaga bersifat liat lunak dan ulet. Tidak terlalu teroksidasi oleh
yang
udara : bila terjadi, terbentuk patina dibebaskan
kedalam
larutan
(hijau) terdiri atas Hidrokarbonat dan
tersebut dinyatakan oleh Michael
Hidrososulfur.
Faraday
sulfida (gas, lembab) juga sedikit,
(1791–1867
) dalam
tetapi hukumya yang berbunyi :
Reaksinya
berbentuk
dengan
tarnish
(film
noda/bercak)
¾ Jumlah logam yang berbentuk pada
elektroda
suatu
Tembaga memiliki sifat-sifat antara
sel,
lain:
sebanding dengan arus yang
a. Logam berwarna kemerah
mengalir.
merahan dan berkilau.
¾ Jumlah logam yang diuraikan
b. Dapat di tempa dan di
atau dihasilkan oleh arus listrik
bengkokan.
yang sama didalam sel yang
c. Merupakan penghantar panas
berbeda sebanding dengan berat
dan listrik yang baik.
ekuivalen logam tersebut.
d. Titik leleh : 1.083 0C, dan Titik
¾ Bila efisiensi arus100% maka
didih : 2.301 0C.
berat logam yang diendapkan adalah
berbandingan
dengan
arus
yang
Sifat-sifat kimia tembaga
lurus mengalir
a. Di
melalui larutan dan sebanding
kering
sukar
teroksidasi, akan tetapi jika di
berat ekuivalen logam dan waktu
panaskan
elektroplating.
akan
membentuk
oksida tembaga (CuO).
4
udara
b. Di Udara lembab akan di ubah
BAJA KARBON TINGGI
menjadi senyawa karbonat atau
Baja
karat basa.
HCl
encer
logam
paduan
dengan besi (Fe) sebagai unsur dasar
c. Tidak dapat bereaksi dengan larutan
adalah
maupun
dan
H2SO4 encer.
karbon
tambahan
d. Dapat bereaksi dengan H2SO4
(C)
lainya.
sebagai Kadar
unsur
karbonya
pekat maupun HNO3 pekat dan
lebih rendah dari pada kadar karbon
encer.
pada besi cord an biasanya kurang
Tembaga juga bagus sebagai lapisan
dari 1,0% C. Sebagai unsur tambahan
dasar
berikut
selain
karbon,
seperti
0,20%
sampai
sebelum
memakai
logam
plating lain
baja
mengandung
0,70%,
Si:0,50%
dimaksudkan. Permukaan halus dan
sampai 1,0%. Mn: 0,06% fosfor dan
cerah. Demikian pula sifat fisik dan
kurang
kimia
dan
Penambahan unsur-unsur dalam baja
bermanfaat, daya hantar listrik hanya
karbon dengan satu unsur atau lebih,
kalah oleh Perak. Tembaga pun relatif
tergantung dari pada karakteristik baja
inert terhadap berbagai larutan plating,
karbon yang akan dibuat.
tembaga
amat
baik
maka logam basis yang diserang
dari
Baja
0,06%
karbon
belerang.
digolongkan
larutan tersebut dapat terlindung bila
menjadi tiga kelompok berdasarkan
diplat tembaga terlebih dahulu. Apalagi
banyaknya karbon yang terkandung dalam baja yaitu:
tembaga secara elektrokimia, berat
1. Baja Karbon Rendah
terplat tiap satuan listriknya cukup baik
Yaitu
karbon
yang
dan besar. Jadi lebih irit arus, juga
mempunyai unsur karbon
0,08%
baja
– 0,35%.
dibandingkan nikel maupun krom.
2. Baja Karbon Sedang Yaitu
baja
karbon
yang
mempunyai unsur karbon 0,35% – 0,59%. 5
Pembersihan spesimen sebelum
3. Baja Karbon Tinggi Yaitu
baja
karbon
melalui
yang
elektroplating.
mempunyai unsur karbon 0,60%
Pembersihan
– 1,7%
menghaluskan dan mengkiapkan
Baja mempunyai
permukaan
spesimen
kekuatan paling tinggi
didapatkan
hasil
baja dan kabel baja. Berdasarkan yang
terkandung
didalam baja maka baja karbon ini banyak digunakan dalam pembuatan pegas, alat-alat perkakas seperti:palu, potong,poros
agar
pelapisan
4. ProsesElektroplating Tembaga Proses pelapisan baja karbon dengan tembaga di dalam larutan elektrolit, menggunakan arus listrik DC dengan tegangan konstan 7 volt serta variasi waktu tahan celupnya 5 detik, 7 detik, dan 9 detik. 5. Pengujian Pengujian dilakukan untuk mengetahui tingkat kualitas dari bahan yang telah kita plating. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian ketebalan lapisan plating serta pengujian Pengujian kilap permukaan lapisan. 6. Data Hasil Penelitian dan Pembahasan Mencatat data hasil penelitian dan melakukan pembahasan lebih lanjut. Diharapkan dapat mempunyai hasil positif. 7. Kesimpulan Menyimpulkan data dan hasil pembahasan.
ini adalah dalam pembuatan kawat
jumlah karbon
untuk
tembaga yang baik.
tools. Salah satu aplikasi dari baja
gergaji,pahat
dilakukan
tinggi Baja ini
karbon
dan banyak digunakan untuk material
dan
sebagainya. (Amstead, BH, 1995)
Metode Penelitian Dalam penyusunan tugas akhir, metodologi penelitian yang digunakan dalam penyelesaian laporan ini dapat dilihat pada gambar diatas. Langkahlangkah dalam penelitian sebagai berikut: 1. Study Pustaka dan Survey Lapangan Pencarian data yang berhubungan dengan penelitian dari buku atau laporan yang sesuai, serta meninjau langsung ke tempat elektroplating. 2. Persiapan Alat dan Bahan Mempersiapkan alat dan bahan yang digunakan untuk electroplating. 3. Pre Treatment Proses
Alat dan Bahan Peralatan yang digunakan penelitian ini antara lain: 1. Gerinda Polishing 2. Bak plastik 3. Amplas 4. Power supply DC
Elektroplating Tembaga
6
proses
dalam
5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.
Thermometer Clam mp meter Kerttas pH Stop p wacth Areo ometer Crysstal heater Saru ung tangan Gela as ukur Silikka gel Batu u hijau Glosss meter (alat uji kilap lapisan) Thckkness gaug ge (alat uji ketebalan k lapissan) yang Bahan digunakan dalam penelitia an ini antara a lain : 1. Plat baja karbo on tinggi 2. Plat tembaga 3. Bahan kimia • Air aquade es 90 liter • Brush salt 5 kg • Potasium cyanida c 3 biji b • Amonia A 5 ml m
Data Hasil Pembahasan Tabel1
Penelitian n
Tebal Lapisan (µm)
Tebal LLapisan ((µm) 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0
Coating gaugee 9 7 5 detik detik detik d w waktu
Gambar 2 Grafik Ketebalan Dari D
pengujian n
hasil
ketebala an
lapisa an didapatt hasil, wa aktu 5 detik sebessar 0.202 µm, 7 de etik sebesa ar 0.270 0 µm, 9 detiik sebesar 0.294 µm. menunjukka m emakin lam ma n bahwa se penam mbahan
Dan
w waktu
pa ada
prose es
pence elupan ma aka akan se emakin teba al lapisa an
tembag ga.
Karen na
elektro on
yang lepas darri atom-ato om tembag ga
Data Hasil P Pengujian an Lapisan Ketebala Tebal lapisan (µm)
nggalkan a anoda yang kemudia an menin masu uk kedalam m larutan sebagai io on
Wakktu (dettik)
1
2
3
4
temba aga. Dalam m hal ini anoda a logam m
1
5
0.21
0.18
0.2 21
0.21
temba aga terjadi reaksi kiimia dan di d
2
7
0.28
0.27
0.2 26
0.27
katod da
3
9
0.28
0.31
0.3 31
0.30
temba aga (Cu) a akan di redu uksi menjad di
No
Cu+2
direduksi.
Atom-atom m
Cu+2 di anoda dan Cu+22 di reduksi 5 0.2 20 0.2 27 0.2 28
Rata-ra ata 0.202 2 0.270 0 0.294 4
menja adi atom Cu C dan lo ogam Cu ini akan
menemp pel
katoda a
sehingg ga
a akan terlapisi denga an tembaga a. benda Sema akin
lama a
wakttu
deposisi
sema akin banya ak ion tem mbaga yan ng mene empel
7
pa ada
katod da
denga an
demikian n
lapisan n
semakin n
tebal.
yang
terbentuk
(Riyanto o,
sema akin
Ph.d.
meng gakibatkan panas pa ada elektro on
Elektrokkimia dan ap plikasinya. 2013).
yang lepas darri atom-ato om tembag ga yang
asil Pengujjian kilap Tabel 2 Data Ha (Gloss meter) m Vo No Waktu W oltase Glo oss Unit ( (detik) (vvolt) (GU) ( 1 2 3
5 7 9
7 7 7
kemudia an
da. katod
Dan
pad da
menyebab bkan
warn na
Kesimpulan Dari hasil analiisis data, maka dapa at disimpulkan 9 Dari D hasil p pengujian te ebal lapisa an dengan
Tingkat Kiilap (Glo oss) Tingkat Gloss
menem mpel
hitam m atau cokla at pada spe esimen.
134,7 1 133,7 1 129,5 1
136 6 134 4 132 2 130 0 128 8 126 6
ga sehingg
besar
va ariasi
wakttu
5
detik
sebesar 0.202 µm, 7 detik sebesa ar 94 0.270 µm, 9 detik sebesar 0.29 µm.
Sem makin
pencelupan
Tin ngkat kilap (G Gloss)
lam ma maka a
wakttu aka an
menambah m ttebal lapisa an.
5 7 9 detik detikk detik
9 Dari D hasil pengujian glloss denga an va ariasi wakktu 5 detik sebesa ar
waktu u
134,7 glosss unit, 7 de etik sebesa ar etik sebesa ar 133.7 glosss unit, 9 de
bar 3 Gra afik pengujjian kilap Gamb (Glo oss) Dari
h hasil
kilap p(gloss) deng gan
pada
variasi
waktu
ma 129.5 glosss unit. Semakin lam pencelupan
p pengujian
waktu w
spesimen
mempengar m ruhi
5
arus
mengakibatk m kan
detik
aka an sehingg ga sepesime en
sebe esar 134,7 7 GU, 7 de etik 133,7
menjadi m hita am atau coklat c pad da
GU, 9 detik seb besar 129,5 5 GU.
spesimen.
menunjuka an
bahwa
Sara an
dengan
elup 5 detik didapat hasil h kilap waktu ce
Dari uraian yan ng ditulis pe enulis dapa at
yang cukup c baikk, ini me enunjukan
at beberapa a saran anta ara lain : dibua
bahwa
semakin
lama
pe enahanan
1. Un ntuk
waktu celup mem mpengaruh hi tingkat kilap
pada
akan dikarena
spesimen. aruss
yang
Hal
mend dapat
sempurna
ini
mengalir 8
hassil
maka
yang perlu
diperhatikanbeberapa
Hartomo Anton, j.; Kameko T, 1992,
diantaranya :
Mengenal pelapisan Logam (elektroplating), Andi Offset,
• Kualitas dan persiapan logam
Yogyakarta.
dasar •
Komposisi
dan
Nugroho, S,. W,. 2006, Tugas Akhir :
kemurnian
Pengaruh perbedaan waktu
larutan elektrolit
penahanan • Temperature dan rapat arus
pelapisan plat baja karbon
yang digunakan 2. Senatiasa penunjang
rendah pada arus 3 ampere
diperhatikan
alat
keamanan
yang
dengan nikel pada proses elektroplating.
bahan
larutannya
Raharjo,
termasuk bahan kimia berbahaya.
terhadap
B.H.,
1990.
dan
ketebalan
dan
Surakarta.
Dasar
PT
Riyanto, Ph.D, 2013, Elektroplating
Gramedia
dan aplikasinya, Graha ilmu,
Djaprie,
Yogyakarta. s.
(Alih
Risyanto, 2006, Tugas Akhir : Proses
Bahasa), 1991, Teknologi
elektroplating
mekanik, Edisi ke-7 PT.
nikel–krom pada aluminium
Erlangga, Jakarta.
1100. UMS, Surakarta.
Bradbury,E.J., 1990, Dasar Metalurgi Untuk Jakarta,
Rekayasawan, PT
tembaga
Van Vlack.Djaprie, s, (Alih Bahasa) 1994,
Gramedia
Ilmu
Logam
Dan
Teknologi Bahan,Edisi Ke-5,
Pustaka Utama.
Jakarta, PT Erlanga.
9
tegangan
:
yang dilapisi krom. UMS,
Pustaka Utama Amstead,
Akhir
kekasaran pada baja ST 40
Metalurgi Untuk Rekayasa. Jakarta,
Tugas
waktu proses elektroplating
DAFTAR PUSTAKA W,O.
2010, Pengaruh
3. Dengan dilakukan penelitian ini maka laporan ini dapat dijadikan refrensi baru untuk melakukan pengembangan selanjutnya.
Alexander,
UMS,
Surakarta.
digunakan dalam pelapisan. Karena beberapa
pencelupan
