Prosldlllll P~rt~""'tIIIllmialf I""" P~IIlletahlltllldan Teknologl Bahan '99 Serpmtg, 19-200ktobo 1999
ISSN 1411-2213
PEMBUA TAN DAN PENGUJIAN PERILAKU KOROSI AQUEOUS PADUAN Fe- Si TINGGI Enung Nurlial, Tatang Mulyanal, Budi Darmonol, Sunara Punvadaria2 'Puslitbang Teknik Nuklir, JI. Tamansari No. 71 Bandung. ZInstitut Teknologi Bandung, JI. Ganesa No.1 0 Bandung.
ABSTRAK PEMRUA TAN DAN PENGUJIAN PERILAKU KOROSI AQUEOUS PADUAN Fe-SI TINGGI. POOapenelitian ini telah dibuat paduan Fe-3o/aCr-16%Si, Fe-3%Cr-3%Mo-I6%Si daDFe-3%Cr-3%Cu-16%Si. Penelitian bertujuan untuk mengetahui ,
perilaku korosi pOOuandalam larutan asam fosfst pekat. Pengujian perilaku korosi aqueous pOOuandilakukan menggunakan metode potensiodinamik siklik. SerouRpOOuanmemperlihatkan perilaku korosi aktif, pasif daDtranspasif dalam larutao asam fosfat pekat. Setelah waktu tertentu paduan bersifat pasif baik pada potensial tinggi maupun potensial rendah. Secara umum dapat dikatakan bahwa pOOuanmempunyai ketahanan korosi yang baik dalam larutao yang digunakan daft tidak mengalami serangan korosi sumuran.
ABSRACT HIGH SIILICON IRON ALLOYS PRODUCTION AND IT'S AQUEOUS CORROSION RERA VIOUR TESTING. In this experiment Fe-3o/aCr-16%Si , Fe-3%Cr-3%Mo-16%Si and Fe-3%Cr-3%Cu-16%Si alloys has been done. This experiments aim to knew corrosion behaviour of this alloy in concentrated phosphoric acid. Corrosion of alloys determined by cyclic potentiodynamic method. All alloys showed active, passive and transpassive behaviour in concentrated phosphoric acid. After several times, alloys showed passive properties both in high and low potential. It concluded that alloys have good corrosion resistant in concentrated phosphoric acid and did not show pitting corrosion.
Ktlta gild:
POOuanFe-Si tinggi, Unsur pemadu Mo daDCu, Potensiodinamik siklik, Aktif, pasif daft transpasif, Selaput pasif
PENDAHULUAN Penelitian ini merupakan penelitian dasar daTi rangkaian penelitian yang bertujuan mendapatkan material dengan ketahanan korosi aqueous yang tinggi dalam lingkungan asam fosfat petal terkontaminasi. Penelitian bermula daTi studi kasus yang dilakukan seorang mahasiswa ITB di PT Petrokimia Gresik. Oari studi kasus tersebut terungkap bahwa sampai sejauh ini pemilihan material yang eoeok untuk digunakan dalam lingkungan tersebut di alas masih merupakan suatu masalah. Pada penelitian ini telah dibuat paduan Fe-3%Cr16%Si dengan variasi penambahan 3%-berat Mo daD 3%-berat Cu. Pemilihan material Fe-Si sebagai material lahaR korosi didasarkan pada data literatur yang menyebutkan bahwa paduan ini mempunyai ketahanan korosiyang balk dalam berbagai lingkunganasam seperti asam nitrat, asam asetat, asam format daD asam asam lainnya kecuali asam florida [I J. Penambahan 3%-berat Mo daft3%-berat Cu dimaksudkan untuk mempertinggi ketahanan korosi paduan hila dalam larutan terdapat ion klorida dan ion sulfat. Alasan lain dipilihnya paduan Fe-Si sebagai material tahan korosi didasarkan pada
diagramfasaFe-Si[2].Berdasarkandiagramfasatersebut, pada suhu rendah paduan Fe-Si dengan konsentrasi Si berkisar dari 3,8%-berat sampai 18%-berat akan mempunyai rasa ex(Fe)Si) dengan struktur kristal bee. Oalam suasanaasam Fe]Si akan teroksidasi membentuk selaput pasirSiOz yang melindungi logam daTiserangan korosi selanjutnya. Penelitianinibertujuanmengetahuiperilakukorosi aqueous paduan dalam larutan tersebut di alas pada berbagai temperatur dengan menggunakan metode polarisasi potensiodinamiksiklik.
TECRI Akhir-akhir ini Chart telah menerbitkan satu set data termodinamika yang sesuai dengan diagram fasa Fe-Si [2J. Berdasarkandiagram rasa tersebut(Gambar I) paduan Fe-16%-berat Si akan membentuk larutan padat susunan teratur (order) dengan struktur kristal bee daD berkesesuaian dengan rasa ex.( Fe]Si)
.
Paduan Fe-16 % berat Si termasuk dalam kelompokpaduan Fe-Sitinggi (high silicon-ironalloys ), dimana paduan ini dikena' mempunyai ketahanan korosi
Pembuatan dan Pengujian perl/aku Korosi Aquoeous Paduan Fe-Si Tinggi (Enung Nur/ia)
HIPOTESA
..
Bila kandungan silikon dalam paduan Fe-Si ~ 14,5%-berat maka dalam larutan yang bersifat agaIn, pads suatu gnat, paduan akan menjadi pasif karena terbentuk selaput pasif SiOzyang menutupi seluruh permukaan.
..::!t'. ,..
METODE
..
Setaro garis besar penelitian ini terdiri daTidun tahap pengerjaan, pertama pembuatan paduan dun karakterisasinya, kedua pengujian perilaku korosi.
""'0-.
Pembuatan Paduano
...>--
.._51" .
.'f
Gamba, 1. Diagram rasa Fe-Si. Senyawa - senyawa Fe2Si (b), Fe,Si, (h), FeSi (e) dan FeSi2 (Va pada temperatur rendah) dan (Vb pada temperatur tinggi) merupakan senyawa yang stabil,
aqueous yang baik dalam berbagai lingkungan agaIn. Ketahanan korosi paduan meningkat dengan meningkatnya kandungan Si. Bila kadar silikon dalam paduan mencapai ~ 14,5%-berat akan terbentuk selaput pas if SiOz protektif yang menutupi seluruh permukaan [3]. Perilaku korosi aqueous paduan Fe-Si dalam larutan asam secara garis besar dapat diramalkan dari diagram potensial-pH sistem Fe-Si-Hp seperti terlihat pads Gambar2. Diagram tersebutdibuat olehKelsall daD William berdasarkan data energi bebas pembentukan Gibbs standaryang diterbitkanoleh Bard& Parson dalam Standard Potential In Aqueous Solution [4]
.
Pertama-tama ditimbang sejumlah tertentu campuran logam dengan komposisi seperti pads Tabell. Campuran selanjutnya dilelehkan dalam tungku busur listrikyang dilengkapi sistem pendingin air dalam atmosfir gas pelindung Al'gon. Proses pelelehan dilakukan lima kali sampai diperoleh paduan yang homogen. Paduan selanjutnya dicetak untuk memperoleh bentuk yang sesuai , kemudian dilakukan homogenisasi untuk meningkatkan homogenitas dengan cars memanaskan paduan pads suhu 950 °C selama 12 jam yang diikuti dengan pendinginan lambat. Karakterisasi Untuk mengetahui karakter paduan, dilakukan pengujian rasa menggunakan difraktometer sinar-x dun penentuan komposisi menggunakan EDAX. Tabel
SB SC
78 78
1. Komposisi paduan Fe-Si
16 16
3 3
3 3
Pengujian Perilaku Korosi Paduan
2 108°. 1-6
Perilaku korosi aqueous paduan dalam larutan asam fosfat pekat dilakukan dengan metode polarisasi potensio dinamik siklik dengan mengadaptasi prosedur yang terdapat datum ASTM G-61. Rangkaian gel yang digunakan dapat dilihat pads Gambar 3. SeIsin itu dalam penelitian ini juga diamati pengaruh temperatur dun penambahanunsurpemadu Mo daDCu terhadap perilaku korosinya.
'" 1-2- -, HI F03-
Oil
'_0
0-6 O'~ :0- c.t ... u' ,.p -0.2 -o.~ -0-6 -0-8 -1-0 -1-2
HASIL DAN PEMBAHASAN
-H -1'6' 1
-1-8 -z-o 6
8
~
10
12
"
pH
Gamba, 1. Diagram potensial-pH sistem Fe-Si-Hp
Pembuatan Paduan Karakterisasi
Fe-3%Cr-t6%Si
daD
Pads penelitian initelah dibuat paduan Fe-3%Cr16%Si, Fe-3%Cr-3%Mo-16%Si dun Fe-3%Cr-3%Cu16%Si. Pengujian komposisi paduan menggunakan .~.
Prosiding Pertemuan llmiah llmu Pengetahuan dun Teknologi Bahan'99 Serpong,19-200ktoberl999
K-
unsur dalam paduan
~--,
-
PC-
1
elektroda pemblllllu (.Pt )
2
--
elektrodaketja
3
=
4
- tennometer
:
elektroda
Perilaku Korosi Paduan Fe-3%Cr-16%Si Larutan Asam Fosfat Pekat
-
Tabel 2, Komposisi
set
rangkaian
paduan hasil pengukuran
EDAX
u SB SC
, 72,54 73,38
, 20,71 20,94
3,6
3,15 2,93
2,76
EDAX dapat dilihat pacta Tabel 2. Bila hasil tersebut dibandingkan dengan komposisi paduan yang dibuat (Tabell), terlihat adanya perbedaan dalam kuantitas kandungan Si yang cukup berarti. Hal tersebut menunjukkan bahwa tingkat ketelitian EDAX yang digunakan belum memadai, sehingga hasilpengukuran hanya dapat digunakan untuk melihat akumulasi suatu ".' """"""""
'.,:'C,..-:
Dalam
Kurva polarisasi anodik siklik paduan Fe-3%Cr16%Si dalam larutan asam fosfat pekat yang terkontaminasiion kloridaclanion sulfatpactasuhukamar dapat dilihatpactaGambar 5. Berdasarkan diagram potensial-pH sistem Fe-SiHP pactatemperatur > 25 DC,dalam daerah asam, pacta daerah AB paduan Fe-Si akan mengalami pelarutan selektif, dimana komponen besi dari paduan larut membentuk ion-ion Fe2+sementara komponen Si akan teroksidasimenjadiSiO2,PactadaerahBC teljadi oksidasi Fe menjadi Fep3 clan oksidasi silikon menjadi SiO2, Kedua oksida tersebut membentuk senyawa oksida komponen selaput pas if yang menutupi seluruh permukaan sehingga paduan menjadi bersifat pasif, OlehkarenakandunganSidalampaduan > 14,5%, maka pactadaerah AB, setelah waktu tertentu, SiO2yang terbentuk dapat menutupi seluruh permukaan sehingga memungkinkan paduan menjadi pasif, meskipun sifat pasivasinyatidak sebaikpactadaerah Be. Hasilpolarisasi anodik siklik pacta daerah AB dapat dilihat pacta
pemb8lldins
A lIIIIPeremeter V= voltmeter
Gambar 3. Skematik potensiodinamiksiklik
.
Penentuan rasa menggunakan difraktometer sinar-x menunjukkan semua paduan membentuk rasa FejSi. Pola difraksi paduan hasil analisa difraktometer sinar-x dapat dilihatpactaGambar 4.
~.... KetenuJ88D
ISSN 1411-22/3
~..,,-_...
:~:".-"-"---j~~;i~~:=:qI?~'~~'4C"~'~~--
-
~~=p ..,- -~':":"""'::":";:"';=.-~:M'" /~ ~ --
-'~.o -~ ,--,,~
,,
."
~--j
,",,'~~--~;
-."-;--------
.. , ,-- -
:
::
"
'-:;j'. --:TOO..
.
Gambar 4. Pola difraksi paduan menggunakan difraktometer sinar-X
Pembuatan dan PenguJian perilaktl Korosi Aquoeous Padtlan Fe-Si Tinggi (Enung Nurlia)
Gambar 6. Dari gambar tersebut terlihat bahwa harga rapat arus saat potensial diturunkan lebih keeil dari harga rapat arus saat potensial dinaikkan, sehingga disimpulkan bahwa pada daerah ini paduan juga bersifat pasif. Dengan memperhatikan basil di alas akhimya "
G"
~ 2!XE-1OO
I
-O.t r-- -O.tS
~
-0.2
~
-O.2S
IzJ
~
2S(E+O()
€ J,
-O.OS
:3 -0.3
if -O.3S
~
I.S(E+O()
l.!XE-IOO S.OCEOI
--A
-0.4
-O.4S -O.S I.E-O9 I.E-O8 I.E-O7I.E-06 I.E-OS1.E-04
e.
RapatAnu(Alem2)
O.!XE-IOO
-S.OCEOI 1&08
Ism
O.OCXXX>I O.<XXX>I nplllIUI
o.cxxn
0.001
Gambar6. Kurva polarisasi anodik siklik paduan Fe-3%Cr-16%Si dalamlarutanasamfosfatpekatyang terkontaminasi, padsdaerahAD.
(A/<:na)
u
Gambar 5. Kurva polarisasi anodik siklik pIdgIn Fe-3%Cr-16%Si dalam larutan asam fosfat pekat yang terkontaminasi ion klorida clan ion sulfat pads suhu kamar.
~ dapat disimpulkan bahwa paduan Fe-3%Cr-16%Si memj>unyaiketahanan korosi yang baik khususnyapada kondisi oksidatif. Paduan seeara alami tidak mengalami korosi sumuran, terbukti tidak teramati adanya E '. dalam kurva polarisasi anodik hingga potensial pemb:ntukan oksigen. Paduan diketahui mempunyai sifat pasivasi
II
~ , J
yangbaikkarenai pasir < 10-) i kritik [5] .
I
It
... 1508
I.HI
tUi
Pengaruh Temperatur Seeara umum dapat dikatakan bahwa naiknya temperatur tarutao akan menaikkan laju korosi pads serous harga potensial. Pads penelitian initelah diamati sifat korosi paduan pads temperatur 27 °C , 60 °C clan 90 ce. Hasil pengukuran dapat dilihat pada Gambar 7. Dari gambar tersebut terlihat bahwa pada temperatur 90 °C, ipasir sudah meningkat seeara berarti sehingga paduan tidak disarankanuntuk digunakan pada temperatur tersebul.Oleh karenapada pemakaianpraktis selang temperatur yang digunakan umumnya dari temperaturkamarsampaisekitar60°C,makaseearaumum dapat dikatakan bahwa paduan mempunyai sifat ketahanan korosi yang baik dalam lingkungan asam fosfat yang terkontaminasi ion klorida clanion sulfal. Pengaruh Penambahan
ta
lNo
,a
,a
RI'" Ana(AJaD;
Unsur Pemadu
Pengaruh penambahan unsur pemadu terhadap perilaku korosi aqueous paduan dapat dilihat pada Gambar 8. Dari gambar terse but terlihat bahwa penambahan 3%Mo menyebabkan potensial korosi naik 46 mV clan potensial transpasif naik 46 mV sedang ikritik clan ipasirturun. Perbaikan ketahanan paduan terhadap serangan korosi sumuran akibat penambahan Mo tidak jelas dalam penelitian ini, karena paduan tidak mengalami serangan korosi sumuran dalam rentang potensial yang
Gambar 7. Kurva polarisasi anodik siklik pIdgIn Fe-3%Cr-16%Si dalam larutan asam fosfat pekat terkontaminasi(T '" 27 "C. 60 .C clan90 "C).
3.00EiOO 2.50EiOO 2.00EiOO <J :q
OEiOO
..s
~ OEiOO
I
lOE.o1 O.OOEiOO
.5.ooE,01 Idol .1.00EiOO
IE-07
0.000001
0.00001
0.0001
o.dol
rapa. ar.. (AIcm2)
Gambar B.Pengaruhpenambahanunsurpemaduterhadap kurva polarisasianodik siklik paduan
diamati. Dalam penelitian ini perbaikan ketahanan korosi juga diharapkan diperoleh dengan menambahkan 3%berat Cu kedalam paduan untuk mengantisipasi larutan yang mengandung asam sulfat. Dari gambar di atas terlihat bahwa penambahan Cu menyebabkan potensial pasif
011
Prosiding Pertemuan limiah limu Pengetahuan dan Teknologi Bahan '99
-
Serpong, 19 20 Oktober 1999
ISSN 1411-2213
primer (Epp ) sed~kitlebih rendah dari Epp pactuM standar. Hal ini berarti bahwa penambahan Cu menyebabkan dipercepatnya pertumbuhan selaput pasif. Hal lain yang juga diamati dari gambar tersebut adalah pacta daerah
BC, ipas'rpaduan yang ditambah Cu lebih kecn dari ipas,f '
'
pactuM standar. Kesimpulannya penambahan Cu dapat memperbaiki sifat selaput pasif pacta potensial tinggi.
5.
Penambahan unsur pemadu Mo clan Cu kedalam paduan dapat memperbaiki ketahanan korosi paduano Dari pengamatan terlihat penambahan kedua unsur tersebut menaikkan potensial korosi (Ian potensial transpasif, sementara ikritik clan ipasif turun .
DAFTARACUAN KESIMPULAN [1]. Y.
Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut : I.
SerouRpactuMyang dibuat mempunyai kandungan
2
HasHpolarisasianodiksiklikpactuMFe-3%Cr-16%Si dalam larutan asam fosfat terkontaminasi menunjukkan perilaku aktif, pasif clantranspasif. Dari kurva polarisasi inijuga terlihatbahwa paduan tidak mengalami serangan korosi sumuran sampai potensial pembentukan oksigen. Paduan Fe-Si tinggi mempunyai ketahanan korosi yang baik dalam larutan yang digunakan, karena setelah waktu terbentuk selaput oksida protektif yang menutupi seluruh permukaan. Kenaikan temperatur menyebabkan meningkatnya lajukorosipactaserouRhargapotensial. Berdasarkan harga ipasifdapat dikatakan bahwa secara umum paduan mempunyai ketahanan korosi yang baik sampai temperatur 60 "C.
Si> 14,5% clan membentuk
3.
4.
rasa Fe)Si
.
OMURTAG and M.DORUK, Cor. Science, 10
(1970)225 [2]. O. KUBASCHEWSKI,Iron BinaryPhaseDiagram, SpringIer - Verlag, Berlin, 1982
[3]. G.H. KELSALL and WILLIAMS, J. Electrochem. Soc.,(1988) [4]. GARMYINSTRUMENT.INC, Operator's Manual CMD 105 DC Corrosion Measurements System, USA, 1994 [5]. D. A. JONES, Principles and Prevention of Corrosion, Macmillan Publishing Company, New Yorl<,1992 [6]. FONTANA, Corrosion Engineering, Third Edd., MacmillanPublishingCompany,New York, 1,992
Ke Daftar Isi
