~6b
ProsidingPertemuanIlmiah SainsMateri III Serpong,20 -21 Oktober1998
KARAKTERISASI r ~I
PADUAN METODE
ISSN1410-2897
AI-Si DALAM POLARISASI
LARUTAN
NaCI DENGAN
POTENSIAL
Ika Kartika, To'at Nor Salam daD Sodarjat PUSLITBANG METALURGI -LIPI KawasanPUSPIPTEKSerpong
ABSTRAK KARAKTERISASI PADUAN Al-Si DALAM LARUTAN NBC) DENGAN METODA POLARISASI POTENSIAL. Paduan Al-Si yang dicelup dalam larutao NaCl mudah terserang korosi sumur. Untuk meneliti karakterisasi paduan Al-Si yang dicelup dalam tarutao NaCI, dipakai metode polarisasi potensial daD potensial korosi alami dengan alat potensiostat. Dari hasil penelitian daD pembahasan,disimpulkan bahwa paduan Al-Si dalam larutan NaCI membentuk lapisan pasif dengan senyawa AlIO] atauAl(OH)]. Pada paduan Aluminium Die Casting (ADC) 12B paling sensitifterhadap serangankorosi sumur sedangkan ADC l2A paling tahan. Unsur Mg cenderung menghambat peningkatan harga potensial korosi alami.
ABSTRACT CHARACTERIZATION OF AI-Si ALLOYS IN NaCI SOLUTION WITH POTENTIAL POLARIZATION METHOD. AI-Si alloys immersed in NaCI solution is easy to attacked by pitting corrosion. For investigation the characterization of AI-Si alloys in NaCI solution were used polarization potential and natural corrosion potential method. From the investigation and researchconcluded that AI-Si alloys in NaCI solution are form passive layer with AIP3 or AI(OH)] compound. On Aluminium Die Casting (AOC) 12B alloys are more sensitve to attact by pitting corrosion, but AOC 12A alloys are very resistant. Mg element is inclined to hampered the increasing natural corrosion potential value.
PENDAHULUAN Pada umumnya komponen mesin automotif menggunakan bahan baku daTi paduan aluminium, misalnya Aluminium Die Casting (ADC) yang meropakan paduan AI-Si [1]. Sistem pendingin mesin automotif yang menggunakan media air disirkulasi oleh pompa air yang terletak didalam blok mesin, dimana media air tersebut selalu bersentuhan dengan paduan AI-Si ini, tidak tertutup pemakaiannya untuk konstroksikonstroksi rekayasa lain yang kontak dengan media air. Paduan aluminium, ADC dalam konstruksi rekayasa yang terekspos media berair, sangat rentan sekali terhadap serangan korosi lokal yang diantaranya korosi sumur dan korosi ceiah [2,3]. Apabila konstroksi tersebut berbentuk permukaan bebas daD terekspos media korosif berair maka akan timbul korosi sumuran. Hal ini disebabkankarena logam Al mampu membentuk perlindungan mandiri yang bel1>entuklapis lindung pasif dari senyawa AI2O) atau AI(OH)) [5,6,7]. Terbentuknya korosi sumuran ini, disebabkan karena ketidak sempurnaandari lapis lindung pasif. Ketidak sempurnaan tersebutdisebabkankarena adanya impuritis atau unsurunsur pemadu dalam logam AI maupun adanya gaya mekanis yang mampu merobek tahanan lapis lindung pasif. Sebagai akibat terbukanya lapis lindung tersebut, menjadikan daerah yang terbuka mengalami korosi atau bertindak sebagaianoda dan bagian yang tertutup lapis lindung bertindak sebagaikatoda. Tujuanutamadari penelitian ini adalahmengamati pengaroh penambahan unsur pemadu dalam paduan
Al-Si terhadappotensial korosi alami dan sifat polarisasi potensial daTi sistem tersebut. Variabel penelitian yang diperlukan, meliputi pemakaian tigajenis benda uji dari Al-Si dan pemakaian larutao uji dari 0,03% berat ; 0,3% berat dan 3% berat NaCI. Percobaan berlangsung di atmosfir terbuka daD temperatur percobaan adalah temperatur ruangan (28:t2)"C.
PERCOBAAN Benda Uji daD Preparasi Material benda uji yang dipergunakan dalarn penelitian ini, terbuatdari paduan aluminium silikon cor. Komposisi kimia dari benda uji dapat dilihat pada tabell. Tabel I. Komposisikimia paduanAI-Si dalam % berat
Benda uji dibentuk dengan tara memotong bahanyang selalu memakaipendingin air. Ukurnn benda uji adalah30 rom x 5 rom x 2 rom. Salahsatu uj1U1g beida uji dioor dengan diameter 1,6 rom ~ 10 rom, untuk tempat penyambungan kabellistrik .Benda uji dipoles dengan mesin yang memakai kertas amplas SiC dari
~
Prosiding PerlemuanIlmiah SainsMateri III Serpong,20 -21 Oktober1998
ISSN 1410-2897
tingkat kekasaran 100 hingga 800. Pemasangan kabel listrik dilakukan terhadap benda uji yang telah dipreparasi dan dipoles dengan cara memasukkanujung kabel listrik kedalam lubang bOT,kemudian ditutup dengan perekat dari pasta karet silikon. Setelah karet silikon kering, benda uji dicuci dengan sabun, dibilas air destilasi daD dicuci ulang dengan aseton. Pembersihan lebih lanjut dengan mencelup benda uji kedalam larutao 0, I N NaOH selama I meRit, dibilas dengan air destilasi, dikeringkan daD siap untuk
pembantudari logam murni platina, elektrOOa pemtxmding dari Ag/ AgCl jenuh dan elektroda kerja atau benda uji. Langkah awalpenelitian karakteristlk polarisasipotensial adalah memasukkanbenda uji dalam larutan uji sekitar 1 jam yang dilanjutkan dengan penggeseran harga potensial dari potensial korosi alami ke arab anodik dengan kecepatan20 m V Imenit. Percobaandihentikan, apabila potensial sistem telah mencapai keadaan
transpasif HASH.. DAN PEMBAHASAN
percobaan. Lamtan Uji
pH Lanrtan
Lamtan uji dibuat dengan cara melarutkan garam NaCI proanalitis kedalam air deionisasi, sehingga diperoleh konsentrasi 0,03% berat; 0,3% berat dan 3% berat NaCI. Pada percobaan dipergunakan 250 ml larutan uji dan penelitian berlangsung pada temperatur kamar {28:!:2)OC, sistemterouka di atmosfir dan tidak ada pengadukan. Pada Gambar 1 ditunjukkan rangkaian alat percobaan yang menggunakan alat potensiostat yang dilengkapi elektroda pembantu dari logam platina, elektroda pembanding dari Ag/ AgCI.
-~
~
Hasi1pengukuran pH lamtao uji pada temperatur kamar (28:!:2)OCbaik sebelum percobaan maupun sesudahpercobaan dapat dilihat pada tabel 2 di bawah ini. Dari tabel 2 terlihat bahwa ada peningkatao harga pH larutan uji sebelum dipakai percobaan dengan kisaran 6,10 hingga 6,30 menjadi 7,0 hingga 7,15. Adanya peningkatan pH ini disebabkan karena adanya produk korosi dari logam aluminium yang terlarut daIaw larutao uji. Tabel 2. Hasil pengukuran pH larutan uji
pH larutan
~ ~J"'_Gor... P_iog '"
tl
(sesudahl 7,IS 7'OS
7.10
.~ I<..,Ulkon
, A : Elektroda p_banm
darl PI
B : Elektroda kerja (bendaoj!) C: Elektroda pembandlng AgiAgCl
Garnbar
1. Rangkaian
alat percobaan
Cara Percobaan Pengukuran pH larutan, dilakukan dengan alat digital pH meter merek TO A dengan mengunakan elektroda gelas.Pengukuran dilakukan pada temperatur kamar (28j:2)OC daD terbuka terhadap udarn bebas. Pengukuran potensial korosi alami, dilakukan dengan bantuan elektroda pembanding dari Ag/ AgCI yang dihubungkan oleh voltmeter tipe digital denganelektroda kerja yaitu benda uji. Pengukuran yang diiakukan untuk meneliti karakteristik polarisasi potensial suatu benda uji Al-Si dalam media korosif, dipergunakan potensiostat merekHD HA -305 dengan referensistandar ASTM No. G 69-81. Pada pemakaian potensiostat tersebut, dilengkapi dengan tiga jenis elektroda yaitu elektroda
lka Kartika dkk.
Potensial korosi alami, Ekor.818ml Hasil pengukuran Ekor~ paduan logam AI-Si atau ADC 10, ADC 12A maupun ADC 12B dalam media korosif yang mengandung 0,03%; 0,3% daD 3% bemt NaCl, dapat dilihat pada Gambar 2a, 2b dan 2c. Dari gambar2 telihat bahwabenda uji ADC 10 dan ADC 12A relatiflebih mulia dari pada ADC 12B. Hal ini dapai. ditunjukkan pada gambar 2a, dimana harga Ekor~ ADC 10 dan ADC 12A berkisar antara -630 hingga -560 (m\I; Ag/ AgCi) dan ADC 12B berkisar antara-675 hingga -620 (mV, Ag/AgCl). Secara keseluruhan baik konsentrasi larutan uji 0,03%; 0,3% maupun 3% bemt NaCl, menunjukkan gejala yang hampir sama. Rendahnya harga Ekor~ paduan AI-Si tipe ADC 12B ini dimungkinkan karena kadar kandungan logam Mg yang relatiftinggi yaitu 0,1725 % sementara ADC 10 sebesarO,1120%dan ADC 12A sebesarO,1210%. Menurut diagram Pourbaix atau deret tegangan logam, harga potensial standar logam Mg daIam larutan dengan pH = 7 adalah sangat rendah, sekitar -1,9119 (volt, SHE). Pada kondisi yang sarna harga potensial standar AI = -1,500 (mY; SHE); Si = -Q,9070(mY;SHE); Zn = -Q,439(mV,SHE); Fe = -Q,0969 (mV,SHE); Mn = -Q,7769(mY;SHE);Cu = 0,5200(m\l;SHE) dan Ni = 0,~1
171
ProsidingPertemuanIlmiah Saw Materi 1/1 Serpong,20 -21 Oktober 1998
ISSN1410-2897 peningkatan harga aktifitas ion klorida yang terlibat dalam reaksikorosi[6].
U
bO
-< -400
~-<
O~O30/0 NaCl#
As!
AgCI
~ -450
>
'-13 -500
'i;}
"
-600
-"
0
~
0 ~
10 12A.
--ADC
126
Ekstrapolasi basil pengukuran pada diagram Pourbaix.
pB
dan E kor.olomi
Untuk mengetahui dengan pasti kondisi benda uji yang dicelup dalam media korosif. dapat diplot harga _.~~~~:~:.::::~:~:~~~:;~~~::: pH dan Ekor. Alami pada diagram Pourbaix seperti GamOOr 3.
i1 -<
-'-< -550
-0- ADC -ADC
-650
Basil pengukuran polarisasi potensial anodik
~ -700 0
p., -750
.800 0
I
I
I
J
20
40
60
80
W AKTU
( ja...
I 100
120
)
-400
U ~ .450
0,3% NaCl, Temp_Kamar
"Ob
-< 4500 >' .! -550
---Pol.ADO ---Pol.ADC
10 12A
---Pol.ADC
128
Hasil pengukuran polarisasi potensial anodik benda uji ADC 10, ADC 12A daD ADC 12B dalam larutan uji 0,03% ; 0,3% dan 3% berat NaCI pada temperaturkamar (28:!:2)OCditunjukkan pada gambar4. Dari Gambar 4., terlihat bahwa basil polarisasi anodik bendauji ADC 10,ADC 12AdanADC 12Byangdicelup dalam media korosif yang mengandung garam NaCl dari konsentrasi0,03%; 0,3% dan 3% berat.Dari pengamatan
~
-< -600 ~
u
~
~ 0
-650
~ >
= -700 0
~
s.
~ -750 0
a.. -800 0
I
I
I
II
20
40
60
80
WAKTU
100
120
(JAM)
-400
U .0
3DjltNaCl,
-450
..:
~ ..:
Temp.Kamar
-500
>~
~
-550
;..:
-600
pH
-.-Pol. ADC10 -e-POI.ADC12A -POI,ADC12B
Gambar 3.
...I
..: --650 (/1
0
~ jj.~..~~~ M -700~-v--l' ...; 0 a..
,
~
-750 -800
0
I
I
I
20
40
60
WAKTU Gambar 2.
'1-
AO
100
120
(JAM)
Hubungan Antara E kaT.Alarni dan Waktu Celup daTi ADC 10, ADC 12A dan ADC 12B dalam Larutan NaCI
(mv,SHE). Pada penambahankonsenb'asigaram dalam larutao uji mempunyai kecenderungan menumnkan harga EkoraIami Hal ini dimungkinkan karena ada
172
Ekstrapolasi harga pH dan Ekor. alami padadiagramPourbaix
visual selarna proses polarisasi anodik dan juga basil pengeplotan data seperti pada garnbar diatas, daerah yang teramati adalah daerahpasif dan transpasif. Daerah pasif, terletak pada harga Ekoralarni dan pada harga yang lebih tinggi dari Ekoralarni merupakan daerah transpasif. Daerah aktif, sarna sekali tidak terbentuk pada sistem paduan Al-Si dalarn larutan garam NaCl hingga 3% berat. Harga-harga potensial kritis pada pembentukan rapat arus 10 mAlcm\ 100mAlcm2 dan Ekoralarni dapatdilihat pada label 3. Dari tabel 3 dapatdipelajari bahwa paduan Al-Si dalarn larutan garam NaCl sangatsensitifterhadap serangan korosi sumur. Hal ini ditunjukkan oleh perbedaanantara E koralarni dengan V'C 1 00 yang sangat dekat. Derajat sensitifitasyang paling tinggi adalah pada larutan 3% NaCl, dengankisaran antara 25 m V -40 m V . Pada larutan 0,3% NaCl antara 30 mV -50 mV dan pada larutan 0,03% NaCl, antara90mV -115m V
10' lriismml
ProsidingPertemuanIlmiah SainsMateri 1/1 Serpong,20 -21 Oktober1998
ISSN 1410-2897
Tabel 3. Potensial kritis pada proses polarisasi potensial
O,O3%NaCI,20 mV/menit 105
'--AOC to ..-, ADC t2A -ADC t2S
N lot e
}Ii)
..
~
. .!.
~
\f
100
-aoo
I
I
1
I
.700
-600
.500
.400
POTENSIAL
I
-300 -200
.{!!!:y} 1
10,3%
AOC AOCI2A
10
3%
AOCIO AOC 12A
1
I
-s~
-530
-Ws
-510
-645
-5&)
-520
-620 -645
.«XJ
-5~ -5~ -610
-645 .«XJ
-645
-~ -700
-&>5 -625 -680 -680
.«:l}
-&J
-655
.«:l}
,E&
V' C'OO:
I~
liS
30 55 35 40 40 25
.100
Dari basil penelitian tersebutdiaw, dapat ditarik beberapakesimpulan yang tersebut dJoawahini : I. PaduanAl-Si mampu meningkatkan harga pH lanrtan korosif 2. Unsur Mg daJampaduan Al-Si, cendenmgmenghambat peningkatao harga E ko,aIami 3. Secaraalami,paduan Al-Si dalam larutao garam NaCI mengalami pemasifan, yaitu membentuk senyawa Al2O) atau AI(OH)) 4. Peningkatao kadar garam NaCI dalam larutao akan meningkatkan serangan korosi sumuran 5. Paduan ADC 128, sangat sensitif terbadap serangan korosi sumur daripada ADC 10 atau ADC 12A
10
-+-AOC 12A
-ADC
!
128
~
104
,(
<1.03
\I)
;;)
102
101
1011
10.1 -800
I -700
I -600
I
I
-500 -400
POTENSIAL
I -300
DAFTAR PUSTAKA
I -200
-100
(mV, Ag/AgCI)
106
3% NaCl,20 mV/menit 105
: ~~~
" 10'
~..~.
/'
-8-4DC10 ..4DC 124 --4DC
128
"
);
u
~ 103 ;!. It}
-<
100
( mV, Ag/ ASCI)
10,3%NaCl, 20 mV/menit
:J
V'C
KESIMPULAN I .--ADC
~
l1A
AOC12B -680
I
106
~
AOC
AOCI2B
3
IV
lO-1
1 AOC 10 AOCl2B
2
101
< Do <
10
0'03%
-<
~ < ~
VC
am
J
< 102 ""
.:.
Pm
uji --
103
~
..
&m
~i
(mY)
U\
H E
Lar
102
~ < Do101 < ~
100
10.1 -I .800
I
-100
-600
I
-500
I
I
I
-400 -300 -200
-IOU
POTENSIAl (mY,Ag/ AgCl) Gambar 4. Polarisasi Potensial Anodik Paduan Al-Si dalam Larotan Garam NaCI
lka Kartika dkk.
[1] Metals Handbook., ASMInternational, ged, Vol. 13, 1987 [2] BOHN!, H; Ulll.IG, H.H., "Enviromental Factors Affecting The Critical Pitting Potential of Alumi nium", J. Electrochem. Soc. , Electro Chern; cal Science. 1969,906-910. [3] CHAWLA, S.L ; GUPTA, RK. , "Materials Selection for Corrosion Control", ASMInternationall993. [4] FONTANA, M.G ; GRUNE, N.D. ," Corrosion Engineering", 2ed, Tokyo 1978. [5] KOVACS, E.I. ," Effect of Iron and Silicon in Aluminium and Its Alloys", Trans. Tech.Publication. Switzerland1990. [6] POURBAIX, M. ," Lectures on Electrochemical Corrosion", Plenium PressNew York 1%0. [7] POURBAIX, M. ," AtJasof ElectrochemicalEquilibria in Aqueous Solutions", Corrosion -NACE. Texas, USA 1974. [8] SILVERMAN, D.C. ," Application ofEMH -pH Diagrnm to Cont}SionPrediction",Corrosion -NACE, \bl. 38 (10), 1982.
173
ProsidingPertemuanIlmiah SainsMateri III Serpong,10 -11 Oktober 1998 [9] HARSISTO, FlRDIONO F. dan TOAT NUR SALAM," Korosi Lokal Paduan AI-Si pada KomponenAutomotif', Prosiding Material 1996 P3M-LlPI.
ISSN1410-2897
