JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-5
Pengaruh Polutan Air Sungai Terhadap Karakteristik dan Laju Korosi Pada Baja AISI1045 dan Stainless steel 304 di Sungai Bokor Surabaya 1
IC Farid Hadi Prasetyo1 dan Budi Agung Kurniawan2 Mahasiswa Jurusan Teknik Material dan Metalurgi,2Staf Pengajar Jurusan Teknik Material dan Metalurgi
Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] Abstrak - Baja karbon adalah material yang banyak diaplikasikan manusia dalam kehidupan sehari โ hari pada bidang konstruksi khususnya konstruksi dalam bidang irigasi baja sering digunakan untuk jembatan dan pintu air sungai. Penelitian ini dilakukan untuk mempelajari pengaruh polutan pada air sungai terhadap laju korosi dan karakteristik dari baja AISI 1045 dan SS 304. Dari hasil pengujian XRD pada AISI 1045 diketahui produk korosi yang terbentuk selama immersi selama 90 hari di lingkungan air sungai bokor Surabaya adalah FeS dan Fe2(SO4)3, sedangkan dari uji SEM EDAX diketahui bahwa produk korosi dari AISI 1045 setelah pencelupan 90 hari mengandung S, Ca dan O dan terjadi uniform corrosion. Dengan menggunakan uji Weight loss, diketahui laju korosi tertinggi pada AISI 1045 terjadi pada hari ke - 30 dengan nilai 14,402 mpy dan nilai laju korosi tertinggi dengan metode tafel pada kondisi malam hari dengan nilai 18.38 mpy. Dari hasil pengujian XRD dan SEM pada stainless steel 304 tidak ditemukan produk korosi yang terbentuk selama perendaman 90 hari. Dengan menggunakan uji Weight loss, laju korosi tertinggi pada stainless steel 304 terjadi pada hari ke - 60 dengan nilai 0,0261 mpy dan nilai laju korosi tertinggi dengan metode tafel pada kondisi malam hari dengan nilai 1.6 mpy Kata kunci : laju korosi, air sungai, polusi
I. PENDAHULUAN
S
ungai adalah system pengaliran air mulai dari mata air sampai muara dengan dibatasi pada kanan dan kirinya serta sepanjang pengalirannya oleh garis sempadan (Peratutan Menteri Pekerjaan Umum 1989). Dalam perkembanganya, sungai di Surabaya telah mengalami banyak pencemaran yang di sebabkan oleh polusi dari industri, pertanian dan limbah rumah tangga. Pengaruh polusi limbah terhadap kualitas air sungai sangat besar karena dapat mengubah pH air menjadi lebih tinggi atau lebih
rendah dari kualitas air normal. Seperti yang terjadi pada air sungai Surabaya pada tahun 2010 yang tercemar oleh limbah industri sebesar 60 %, limbah rumah tangga 30 % dan limbah pertanian 10 % . Pada tahun 2007 lembaga pemerhati lingkungan ecoton, melakukan survey di sungai Surabaya terkait dengan menurunya kadar oksigen terlarut (DO) dalam air yang disebabkan oleh pencemaran pabrik gula di Mojokerto. Dengan adanya polusi tersebut dapat menyebabkan korosi pada baja yang berada pada daerah aliran sungai. Korosi adalah penurunan mutu atau perusakan suatu logam karena bereaksi dengan lingkungannya. Reaksi ini menghasilkan oksida logam, sulfida logam atau hasil reaksi lainnya. Dengan bereaksi ini sebagian logam akan hilang dan menjadi suatu senyawa yang lebih stabil (Fontana, 1987). Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh Sulistyoweni W bahwa kualitas air yang telah terpolusi mengandung NO3-, SO42- dan Cl- akan mempengaruhi laju korosi dari baja. Disamping itu nilai pH dan dissolved oxcygen juga berpengaruh terhadap karakteristik dan laju korosi dari baja.Dari tugas akhir ini diharapkan bisa memberikan gambaran tentang karakteristik dan laju korosi dari baja plain karbon dan baja tahan karat terhadap lingkungan air sungai yang telah terpolusi oleh limbah rumah tangga dan industri. II. METODOLOGI Penelitian ini dilakukan dengan merendam spesimen AISI 1045 dan stainless steel 304 yang telah ditimbang dan diukur dimensinya selama 90 hari di sungai bokor Surabaya yang tercemar dan uji elektrokimia. Dengan pegecekan secara visual yang
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-5 dilakukan secara berkala tiap 1 minggu dan dilakukan uji weigh loss tiap 30 hari sekali untuk mengetahui laju korosi paling tinggi dalam kurun waktu 90 hari perendaman, uji weight loss dilakukan dengan persamaan :
CR =
๐พ๐พ .๐๐ ๐ท๐ท.๐ด๐ด.๐๐
(1)
Dimana : W : Berat yang hilang (grams). T : waktu perendaman (jam). A : Luas permukaan sampel (cm2). K : Konstanta mils per year (mpy) 3,45 x 106. D : Berat jenis (g/cm3) untuk AISI 1045 = 7,86 g/cm3 untuk SS 304 = 7,94 g/cm3 Dari spesimen perendaman di sungai bokor selama 90 hari juga dilakukan pengujian SEM EDAX dan XRD untuk mengidentifikasi produk korosi yang terbentuk pada spesimen AISI 1045 dan stainless steel 304.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Pengamatan Visual Dari pengamatan yang dilakukan selama 90 hari, pada bulan ke - 1 mulai tampak perubahan warna hitam pada baja AISI 1045, warna hitam tersebut adalah korosi yang diakibatkan oleh kondisi lingkungan air sungai yang terpolusi, korosi yang terjadi pada AISI 1045 adalah jenis korosi merata yang bertambah ketebalanya selama pencelupan seperti pada pengamatan visual. Sedangkan pada stainless steel 304 tidak tampak perubahan secara visual selama 90 hari.
A
B
A
Gambar. 2. kurva ekstrapolasi dari tafel (Nestor perez, 2004)
B
Gambar 3 Spesimen 90 hari (A) SS 304, (B) 1045
Gambar 1 Spesimen awal (A) SS 304, (B) 1045
Pengujian elektrokimia menggunakan metode tafel, larutan yang digunakan untuk pengujian tafel adalah air sungai dengan 4 kondisi yakni pagi, siang, sore dan malam yang diambil dari sungai bokor dan diuji kandungannya di uji dilaboratorium pengolahan limbah teknik lingkungan FTSP- ITS. Dari pengujian potensiostat dengan menggunakan alat versastat, akan didapatkan kkurva Log I dan E, yang selanjutnya diinterpolasi untuk mencari icorr dan dimasukan kepersamaan : CR =
๐พ๐พ๐พ๐พ .๐ผ๐ผ๐ผ๐ผ๐ผ๐ผ๐ผ๐ผ๐ผ๐ผ .๐ธ๐ธ๐ธ๐ธ ๐๐
(2)
Dimana : CR : Laju Korosi (mm/year) untuk Icorr (ฮผA/cm2). K1 : 3,27 x 10-3 mm g/ ฮผA cm. 2 icorr : Rapat arus saat Ecorr ฮผA/cm (exchange current density). ฮก : density ( g/ cm3). Untuk AISI 1045 = 7.84 Untuk stainless steel 304 = 7.94 EW : Equivalent Weight. Untuk AISI 1045 = 27.92 Untuk stainless steel 304 = 25.12
3.2 Pengujian Kandungan Air Sungai Dari hasil uji laboratorium, nilai oksigen terlarut memiliki nilai paling tinggi pada waktu pagi hari jam 07.00 sebesar 6.85 mg/L, sedangkan pada waktu siang, sore dan malam kandungan oksigen yang terlarut dalam air bernilai 0.00 mg/L. pH dari air sungai yang diteliti berkisar antara 6,75 โ 6,9, sehingga tidak terjadi perubahan yang signifikan di waktu pagi, siang, sore dan malam terkait dengan keasaman dari air sungai. Kandungan sulfat cenderung meningkat dari pagi hari sampai sore hari dan turun ketika malam hari, hal ini disebabkan siklus aktifitas dari manusia yang menghasilkan polutan. Kandungan khlorida mempunyai nilai yang fluktuatif dan memiliki nilai puncak pada sore hari yakni 116 mg/L sedangkan nilai yang paling rendah ada pada kondisi malam hari yakni sebesar 96 mg/L. Kandungan CaCO3 pada pagi hari mempunyai nilai terendah yakni sebesar 28.57 mg/L, sehingga kondisi air sungai pada pagi hari tergolong soft water, kondisi air yang bersifat soft water bersifat lebih agresif terhadap kekorosifan logam karena CaCO3 tidak jenuh dan tidak membentuk lapisan karbonat yang protektif.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-5
Gambar 4 Grafik kandungan Cl, CaCO3 dan SO4 dalam air sungai pada kondisi pagi, siang, sore dan malam.
3.3 Pengujian Weight Loss Dari pengukuran berat yang dilakukan setelah proses cleaning untuk spesimen AISI 1045 dan stainless steel 304 yang di uji immersi selama 30, 60 dan 90 hari di sungai didapatkan hasil sebagai berikut : Tabel 3.1 Laju korosi dari uji weight loss NO
Spesimen
1. 2. 3. 4. 5. 6.
AS 1 SS 1 AS 2 SS 2 AS 3 SS 3
Berat awal (g) 15,374 15.939 14,010 14,901 12.002 16.672
Berat akhir (g) 15,120 15.938 13,600 14,900 11.516 16.671
Berat yang hilang (g) 0.254 0.001 0.41 0.001 0.486 0.001
Gambar 6 Grafik laju korosi SS 304 pada pencelupan selama 30 hari, 60 hari dan 90 hari
3.4 Pengujian XRD Pengujian XRD dilakukan untuk mengetahui produk korosi yang terbentuk dari spesimen. Spesimen yang dipakai untuk pengujian XRD adalah spesimen 1045 dan stainless steel 304 yang telah mengalami immersi selama 90 hari di lingkungan air sungai yang telah terpolusi oleh limbah.
Dari gambar 5 dapat diketahui terjadi penurunan laju korosi untuk AISI 1045 dari hari ke - 30 dengan nilai laju korosi sebesar 14.17 mpy menjadi 11.23 mpy pada hari ke โ 60 dan turun lagi pada hari ke โ 90 dengan nilai laju korosi sebesar 10.47 mpy.
Gambar 7 Grafik hasil XRD AISI 1045 dan SS 304 setelah immersi selama 90 hari di sungai
Dari hasil pengujian XRD yang telah dilakukan pada
Gambar 5 Grafik laju korosi AISI 1045 pada pencelupan selama 30 hari, 60 hari dan 90 hari
Gambar 6 menunjukan laju korosi pada stainless steel 304, laju korosi pada stainless steel 304 pada hari ke - 30 sebesar 0.005 mpy dan meningkat pada hari ke 60 sebesar 0.026 mpy namun turun pada hari ke โ 90 menjadi 0.015 mpy. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa laju korosi pada stainless steel 304 memiliki laju korosi maksimal pada 60 hari pertama.
spesimen AISI 1045 dengan lama perendaman 90 hari, menghasilkan gambar 7. Setelah menggunakan software match untuk mengidentifikasi, senyawa yang terbentuk pada puncak adalah FeS dan Fe2(SO4)3 dengan 2 theta sebesar 17.62 untuk FeS dan 21.42 untuk Fe2(SO4)3 hasil tersebut kemudian dicocokan dengan PCPDF. Dari PCPDF untuk FeS hasilnya cocok dengan kartu nomor 86-0389, sedangkan untuk Fe2(SO4)3 cocok dengan kartu PCPDF dengan nomor 70-2091. 3.5 Pengujian Potensiostat Dari hasil pengujian potensiostat dengan menggunakan metode tafel maka didapatkan grafik seperti gambar 8.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-5
Dari pengujian SEM EDAX, diketahui bahwa terbentuk unsur S, O dan Ca di permukaan AISI 1045 yang telah tertutup oleh produk korosi selama perendaman 90 hari dilingkungan air sungai yang telah terpolusi.
Gambar 8 Grafik interpolasi dari AISI 1045 pada lingkungan air sungai pagi hari jam 07.00
Dengan melakukan interpolasi dan menggunakan persamaan 2 pada grafik log I vs E, maka akan di dapatkan laju korosi seperti pada tabel 3.2 Tabel 3.2 Laju korosi dengan menggunakan uji potensiostat. NO 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Spesimen 1045 pagi 1045 siang 1045 sore 1045 malam SS 304 pagi SS 304 siang SS 304 sore SS 304 malam
icorr (A/cm2) 2.85 x 10-5 6.38 x 10-6 2.26 x 10-5 4.02 x 10-5 2.01 x 10-6 2.16 x10-6 2.37 x10-6 6.38 x 10-6
CR (mpy) 13.03 2.91 10.33 18.38 0.81 0.87 0.96 1.6
Dari pengujian potensiostat yang dilakukan pada spesimen AISI 1045 dengan kondisi air pagi, siang, sore dan malam, didapatkan bahwa laju korosi tertinggi pada AISI 1045 terjadi pada kondisi malam hari dengan nilai sebesar 18.38 mpy. Dari hasil pengujian air kandungan dari air sungai malam pada tabel 4.4 terlihat bahwa nilai zat korosif dari air sungai malam tidak begitu tinggi jika dibandingkan dengan kondisi air sungai pagi, siang dan malam. Namun pada kondisi air sungai malam memiliki pH yang lebih rendah sebesar 6.85 dan DHL (Daya Hantar Listrik) yang lebih tinggi yakni sebesar 1190 ยตmhos/cm. Sedangkan pada stainless steel 304 laju korosi paling besar terjadi pada malam hari. 3.5 Pengujian SEM EDAX Pada pengujian SEM EDAX yang dilakukan pada titik tertentu di spesimen AISI 1045 dengan immersi 90 hari didapatkan hasil seperti pada gambar 9.
A B Gambar 9 (A) SEM 1045 90 hari (B) hasil pengujian SEM EDAX perbesaran 2000 x
Gambar 10. SEM stainless steel 304 perbesaran 1000 x Pada Gambar 10 menunjukan hasil SEM stainless steel 304, pada gambar tersebut menunjukan tidak terjadi pitting corrosion pada stainless steel 304 yang telah ditanam selama 90 hari di air sungai yang terpolusi.
IV. KESIMPULAN 1.
2.
Dari pengujian elektrokimia, laju korosi tertinggi pada AISI 1045 dan stainless steel 304 terjadi pada malam hari dengan nilai 18.38 mpy dan 1.6 mpy. Hal tersebut disebabkan daya hantar listrik (DHL). A. Dari hasil pengujian XRD pada AISI 1045 diketahui produk korosi yang terbentuk selama immersi 90 hari adalah FeS dan Fe2(SO4)3, terbentuknya produk korosi tersebut dikarenakan kandungan SO4- dalam air sungai. Sedangkan dari uji SEM EDAX diketahui unsur yang terbentuk dari produk korosi di permukaan AISI 1045 adalah S, Ca dan O dengan kondisi morfologi dari permukaan terjadi uniform corrosion. Laju korosi tertinggi pada AISI 1045 terjadi pada hari ke - 30 dengan nilai 14,402 mpy. Dengan nilai laju korosi maksimal sebesar 14.17 mpy, maka laju korosi tersebut termasuk dalam kategori good. B. Dari hasil pengujian XRD dan SEM pada stainless steel 304 tidak ada produk korosi yang terbentuk selama immersi selama 90 hari. Laju korosi tertinggi pada stainless steel 304 terjadi pada hari ke - 60 dengan nilai 0.026 mpy. Sehingga dapat disimpulkan bahwa kandungan Cl- pada air sungai tidak menyebabkan rusaknya lapisan passivasi sehingga tidak terjadi pitting corrosion. Dengan nilai laju korosi maksimal sebesar 0.026 mpy, maka laju korosi tersebut termasuk dalam kategori outstanding.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-5 V. DAFTAR PUSTAKA [1] Fontana. 1978. Corrosion Engineering 2nd Edition. New York: Mc Graw-Hill Book Company. [2 Perez Nestor.,2004. Electro Chemistry and Corrosion
Science. Kluwer Academic Publisher [3] Rose A Leema, Antony Nooren,dkk., 2009, Corrosion behaviour of carbon steel in river water in the presence of calcium propionate- Zn2+ system. [4] W. Sulistyoweni dkk.,2002. pengaruh unsur โ unsur kimia korosif terhadap laju korosi terhadap laju korosi tulangan beton [5] Melchers R.E., 2007, The effects of water pollution on the immersion corrosion of mild and low alloy steels [6] Prabowo H bambang, Muklimah Lela,. 2009. Pengaruh Kondisi air Terhadap Laju Korosi pada Baja Tulangan [7] Babolan Robert., 2002. Nace Corrosions Enginnerโs Book Reference Book Third Edition. NACE International. [8] โฆ.2003. Standard Practice For preparing, Cleaning, and Evaluated Corrosion Test Specimens. G1 โ 03 .Annual Book of ASTM Standard.
