PENGARUH RAPAT ARUS DAN ADITIF p-vanilin TERHADAP KUALITAS LAPISAN ELEKTROPLATING Zn Ni PADA SUBSTRAT BESI

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

PENGARUH RAPAT ARUS DAN ADITIF p-VANILIN TERHADAP KUALITAS LAPISAN ELEKTROPLATING Zn–Ni PADA SUBSTRAT BESI

Disusun Oleh :

TRI HADHI NUGROHO NIM. M0303052

SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Kimia

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Maret, 2011 commit to user

i 1


digilib.uns.ac.id

HALAMAN PENGESAHAN Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta telah mengesahkan skripsi mahasiswa:

Tri Hadhi Nugroho NIM M0303052, dengan judul “ Pengaruh Rapat Arus dan Aditif p-Vanilin terhadap Kualitas Lapisan Elektroplating Zn-Ni Pada Substrat Besi” Skripsi ini dibimbing oleh : Pembimbing I

Pembimbing II

Drs. Mudjijono, Ph.D.

Candra Purnawan, M.Sc.

NIP. 19540418 198601 1001

NIP. 19781228 200501 1001

Dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada : Hari

: Selasa

Tanggal

: 29 Maret 2011

Anggota Tim Penguji :

1.

1. ……………………………………

Prof. Drs. Sentot Budi Rahardjo, Ph.D.

NIP. 19560507 198601 1001 2.

2. ……………………………………

Yuniawan Hidayat, M.Si.

NIP. 1979 Ketua Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta

Prof. Drs. Sentot Budi Rahardjo, Ph.D. NIP. 19560507 commit to198601 user 1001 ii


digilib.uns.ac.id

PERNYATAAN ii Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “PENGARUH RAPAT ARUS DAN ADITIF p-VANILIN TERHADAP KUALITAS LAPISAN ELEKTROPLATING Zn – Ni PADA SUBTRAT BESI” belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta,

Maret 2011

TRI HADHI NUGROHO

commit to user

iii


digilib.uns.ac.id

PENGARUH RAPAT ARUS DAN ADITIF p-VANILIN TERHADAP KUALITAS LAPISAN ELEKTROPLATING Zn-Ni PADA SUBTRAT BESI

TRI HADHI NUGROHO Jurusan Kimia. Fakultas MIPA. Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK Telah dilakukan pelapisan alloy Zn-Ni pada logam besi secara elektrolisis dengan aditif p-vanilin. Senyawa p-vanilin dengan variasi konsentrasi 0,000; 0,010; 0,020; 0,030; 0,040 dan 0,050 g/L ditambahkan ke dalam larutan elektrolit elektroplating Zn-Ni. Elektrolisis dilakukan pada variasi rapat arus 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 dan 0,6 A/dm2 selama 30 menit pada suhu kamar (28 oC) dan jarak antara kedua elektroda 3 cm. Penelitian ini bertujuan mengetahui pengaruh rapat arus dan aditif p-vanilin terhadap kualitas lapisan elektroplating Zn-Ni ditinjau berdasarkan karakter berat, kekerasan dan tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni. Karakterisasi lapisan elektroplating Zn-Ni dilakukan dengan menggunakan neraca analitik Sartorius BP 310 S untuk mengetahui berat lapisan elektroplating Zn-Ni, Mickrohardness Tester HWMMT X 7 Underwood untuk uji kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni dan Mikroskop XSP-12 Series untuk mengetahui tekstur permukaan lapisan elektroplating Zn-Ni. Hasil penelitian menunjukkan kualitas lapisan yang paling baik pada rapat arus 0,3 A/dm2 dan dengan penambahan p-vanilin 0,050 g/L, hasil karakterisasi berat lapisan elektroplating Zn-Ni 21,5 mg, nilai kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni sebesar 162,59 VHN dan tekstur permukaan halus.

Kata kunci : Alloy Zn-Ni, rapat arus, aditif p-vanilin, elektroplating

commit to user

iv


digilib.uns.ac.id

THE EFFECT OF CURRENT DENSITY AND p-VANILIN ADDITIVE ON THE QUALITY OF Zn-Ni ELECTROPLATING LAYER IN IRON SUBSTRATE

TRI HADHI NUGROHO Department of Chemistry., Faculty of Mathematic and Science Sebelas Maret University

ABSTRACT The Zinc Nickel plating on the Iron substrate by electrolysis has been done using p-vanilin additive. Various concentration of p-vanilin additives which were added in Zinc Nickel plating solution, were 0.000, 0.010, 0.020, 0.030, 0.040 and 0.050 g/L. The electrolysis was operated at various current density were 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 and 0,6 A/dm2 during 30 minutes with room temperature (28 oC) and distance between two electrode is 3 cm. The purpose of the research was to determine the effect of current density and p-vanilin additive on the quality of ZnNi electroplating layer viewed from the weight character, hardness, and Zn-Ni electroplating layer texture. The characterization of Zn-Ni electroplating layer was done using Sartorius BP 310 S analytical balance to find out the weight of Zn-Ni electroplating layer, Microhardness Tester HWMMT X 7 Underwood for examining the hardness of Zn-Ni electroplating layer and Microscope XSP-12 Series to find out the texture of Zn-Ni electroplating layer surface. The result of research shows that the best quality of layer in the current density of 0.3 A/dm2 and with p-vanilin 0.050 g/L addition, the result of Zn-Ni electroplating layer weight characterization is 21.5 mg, the hardness value of ZnNi electroplating layer is 162.59 VHN and the surface texture is smooth.

Keywords: Alloy Zn-Ni, current density, p-vanilin additive, electroplating

commit to user

v


digilib.uns.ac.id

MOTTO

Jadikanlah Sabar dan Sholat sebagai penolongmu, sesungguhnya Allah SWT bersama orang yang Sabar (Q.S. Al Baqarah: 153) Sesungguhnya sesudah kesulitan ada kemudahan, Maka apabila telah selesai (dari suatu urusan), maka kerjakan urusan yang lainnya dengan sungguh-sungguh (Q.S. Al-Insyirah: 6-7)

commit to user

vi


digilib.uns.ac.id

PERSEMBAHAN

Kupersembahkan karya kecilku ini untuk:

Ibu, maaf… maaf… dan maaf… Bapak (Alm), mohon maaf dan terima kasih atas pelajaran hidupnya Kakak-kakakku, Keluarga besarku, Keponakan-keponakan, Sahabat, Teman dan Semua orang di dekatku, Yang selalu menyemangatiku untuk tak pernah berhenti berjuang. Terima – kasih.

commit to user

vii


digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi yang berjudul “Pengaruh Rapat Arus dan Aditif p-Vanilin Terhadap Kualitas Lapisan Elektroplating Zn-Ni Pada Substrat Besi”. Sholawat dan salam senantiasa penulis haturkan kepada Rosulullah SAW sebagai pembimbing seluruh umat manusia. Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari banyak pihak karena itu penulis menyampaikan terima kasih kepada : 1. Bapak Prof. Drs. Sutarno, M.Sc, Ph.D selaku Dekan FMIPA UNS 2. Bapak Prof. Drs. Sentot Budi Rahardjo, Ph.D selaku Ketua Jurusan Kimia FMIPA UNS beserta seluuruh stafnya. 3. Bapak Drs. Mudjijono, PhD selaku Pembimbing I yang telah membimbing penulis selama pelaksanaan penelitian dan penyusunan skripsi. 4. Bapak Candra Purnawan, M.Sc. Selaku Pembimbing II yang juga telah memberikan bimbingannya dalam penelitian dan penyusunan skripsi. 5. Ibu Sri Hastuti, M.Si dan Ibu Nestri Handayani, M.Si. Apt., Selaku Pembimbing Akademik. 6. Bapak Dr. rer. nat. Atmanto Heru Wibowo, M.Si. Selaku Ketua Sub Laboratorium Kimia Pusat UNS beserta seluruh stafnya. 7. Bapak/Ibu Dosen di Jurusan Kimia, FMIPA UNS atas seluruh ilmu dan pengetahuan yang telah diajarkan. 8. Bapak (Alm) dan Ibu beserta kakak-kakakku tercinta atas segala dukungannya, motivasi dan semangat untuk menyelesaikan skripsi. 9. Himamia FMIPA UNS terima kasih atas ilmu dan pengalaman berorganisasi. 10. Teman – teman angkatan 2003, 2004, 2005 dan 2006 terima kasih atas segala keceriaan dan bantuannya selama ini. 11. Bapak Kentriyus, Bapak Basuki, Mbak Retno, Mbak Watik dan Mbak Tutik selaku staf Sub Laboratorium Kimia Laboratorium Pusat FMIPA UNS. 12. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, terima kasih atas semua bantuan dan doanya. commit to user

viii


digilib.uns.ac.id

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh Karena itu penulis sangat mengharapkan saran maupun kritik yang bersifat membangun demi hasil yang lebih baik. Namun demikian, penulis berharap semoga karya kecil ini bermanfaat bagi pembaca.

Surakarta,

Maret 2011

Tri Hadhi Nugroho

commit to user

ix


digilib.uns.ac.id

DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ....................................................................................... i HALAMAN PENGESAHAN..........................................................................

ii

HALAMAN PERNYATAAN..........................................................................

iii

HALAMAN ABSTRAK..................................................................................

iv

HALAMAN ABSTRACT................................................................................

v

HALAMAN MOTTO.......................................................................................

vi

HALAMAN PERSEMBAHAN.......................................................................

vii

KATA PENGANTAR......................................................................................

viii

DAFTAR ISI.....................................................................................................

x

DAFTAR TABEL............................................................................................. xiii DAFTAR GAMBAR........................................................................................

xiv

DAFTAR LAMPIRAN.....................................................................................

xvi

DAFTAR TABEL LAMPIRAN.......................................................................

xvi

DAFTAR GAMBAR LAMPIRAN..................................................................

i

BAB I. PENDAHULUAN................................................................................

xix

A. Latar Belakang Masalah.......................................................................

1

B. Perumusan Masalah..............................................................................

1

1. Identifikasi Masalah.......................................................................

3

2. Batasan Masalah.............................................................................

3

3. Rumusan Masalah...........................................................................

4

C. Tujuan Penelitian..................................................................................

7

D. Manfaat Penelitian...............................................................................

7

BAB II. LANDASAN TEORI..........................................................................

7

A. Tinjauan Pustaka...................................................................................

8

1. Elektroplating.................................................................................

8

a. Pengertian Elektroplating..........................................................

8

b. Prinsip kerja elektroplating.......................................................

8

c. Faktor – faktor yang Berpengaruh pada Proses Elektro-

8

plating........................................................................................ commit to user d. Elektroplating Zn-Ni.................................................................

9

x


digilib.uns.ac.id

2. Elektrolisis.....................................................................................

12

3. Teori Proses Deposisi Logam Secara Elektrolisis.........................

13

4. Aditif Brightener...........................................................................

15

5. p-Vanilin.......................................................................................

16

6. Analisa

18

a. Berat Lapisan Elektroplating Zn-Ni.........................................

19

b. Uji

19

kekerasan..................................................................................

20

B. Difraksi Sinar-X...................................................................................

22

C. Kerangka Pemikiran..............................................................................

24

D. Hipotesa................................................................................................

28

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN........................................................

29

A. Metode Penelitian.................................................................................

29

B. Tempat dan Waktu Penelitian...............................................................

29

C. Alat dan Bahan yang digunakan...........................................................

29

1. Alat.................................................................................................

29

2. Bahan.............................................................................................

30

D. Prosedur Penelitian...............................................................................

30

1. Persiapan

Sampel

Substrat

Besi

sebelum

Elektroplating

(Treatmen Pra-plating)..................................................................

30

2. Pembuatan Alat Pengatur Arus Listrik..........................................

31

3. Pembuatan Larutan Elektroplating Zn-Ni......................................

33

4. Proses Elektroplating.....................................................................

33

a. Karakterisasi..............................................................................

34

b. Berat Lapisan Elektroplating Zn-Ni..........................................

34

c. Kekerasan Lapisan elektroplating Zn-Ni...................................

34

d. Tekstur Permukaan Lapisan elektroplating Zn-Ni....................

35

e. Difraksi Sinar-X lapisan elektroplating Zn-Ni..........................

38

E. Teknik Pengumpulan Data....................................................................

38

F. Teknik Analisis Data............................................................................. commit to user

39

xi


digilib.uns.ac.id

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN........................................................

42

A. Hasil Penelitian.....................................................................................

42

1. Pembahasan.........................................................................................

48

2. Identifikasi Senyawa yang Terbentuk dalam Lapisan Elektroplating Zn-Ni................................................................................................... 3. Pengaruh

Variasi

Rapat

Arus

terhadap

Karakter

Lapisan

Elektroplating Zn-Ni........................................................................... a. Pengaruh

Rapat

Arus

Terhadap

Berat

48

50

Lapisan

Elaktroplating Zn-Ni...............................................................

50

b. Pengaruh Rapat Arus Terhadap Nilai Kekerasan Lapisan Elektroplating Zn-Ni............................................................... c. Pengaruh

Rapat

Arus

Terhadap

Tekstur

53

Lapisan

Elaktroplating Zn-Ni...............................................................

55

4. Pengaruh Konsentrasi Aditif p-Vanilin Terhadap Karakter Lapisan Elektroplating Zn-Ni...........................................................................

57

a. Pengaruh Konsentrasi Aditif p-Vanilin Terhadap Berat Lapisan Elaktroplating Zn-Ni.................................................

57

b. Pengaruh Konsentrasi Aditif p-Vanilin Terhadap Nilai Kekerasan Lapisan Elektroplating Zn-Ni...............................

60

c. Pengaruh Konsentrasi Aditif p-Vanilin Terhadap Tekstur Lapisan Elaktroplating Zn-Ni................................................. BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN........................................................

62 65

A. Kesimpulan...........................................................................................

65

B. Saran......................................................................................................

66

DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................

67

LAMPIRAN......................................................................................................

70

commit to user

xii


digilib.uns.ac.id

DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Nilai Kekerasan Vikers Beberapa Logam.................................... 22 Tabel 2. Perhitungan Penetuan Arus Listrik untuk Proses Elektroplating Zn-Ni...........................................................................................

31

Tabel 3. Data Standarisasi Mikroskop Optik XSP-12................................

36

Tabel 4. Kelas Tingkat Kehalusan Tekstur Lapisan Elektroplating Zn-Ni

37

Tabel 5. Model Tabulasi Teknik Pengumpulan Data.................................

39

Tabel 6. Bentuk Tabulasi Analisis Data Pengaruh Rapat Arus terhadap Karakter Lapisan Elektroplating Zn-Ni.......................................

40

Tabel 7. Bentuk Tabulasi Analisis Data Pengaruh Aditif p-Vanilin terhadap Karakter Lapisan Elektroplating Zn-Ni.........................

40

Tabel 8. Data Rata – rata Karakterisasi Lapisan Elektroplating Zn-Ni.....

43

Tabel 9.Identifikasi Senyawa Lapisan Elektroplating Zn-Ni dari Difraktogam XRD.....................................................................

49

Tabel 10. Konstanta a,b dan R Trendline Persamaan Linier Hubungan Berat Lapisan Elektroplating Zn-Ni Terhadap Rapat Arus (pada rapat arus 0,2 – 0,5 A/dm2) dengan Berbagai Variasi Konsentrasi Aditif p-Vanilin.....................................................

51

Tabel 11. Data perbandinga berat lapisan elektroplating Zn-Ni secara perhitungan berdasarkan hukum Faraday dan percobaan..........

51

Tabel 12. Tingkat Kelas Tekstur Lapisan Elektroplating Zn-Ni................

64

commit to user

xiii


digilib.uns.ac.id

DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Proses elektroplating................................................................ 8 Gambar 2. Potensial reduksi dari alloy Zn-Ni............................................

12

Gambar 3. Zona (A) Helmholtz layer; (B) Difusion layer dan (C) Bulk solution (fase ruah)....................................................

15

Gambar 4. Mekanisme proses elektrodeposisi ion logam.........................

16

Gambar 5. Struktur p-Vanilin (4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde)........

18

Gambar 6. Kompleks Cu(II) vanilin..........................................................

19

Gambar 7.a Alat Uji Kekerasan Vickers....................................................

21

b Indentor Piramid Vickers........................................................

21

Gambar 8. Jejak Indentor Vickers..............................................................

21

Gambar 9. Jenis Jejak Indentor Vickers.....................................................

22

Gambar 10. Kondisi difraksi Bragg..........................................................

23

Gambar 11. Skema Rangkaian Alat Pengatur Arus Listrik......................

32

Gambar 12. Alat Pengatur Arus.................................................................

33

Gambar 13. Setting alat elektroplating.......................................................

34

Gambar 14a. Alat uji kekerasan Mickrohardness Tester HWMMT X 7 merk

Underwood dengan TV Display merk Matsuzawa...

35

b. Jejak indentasi uji kekerasan................................................

35

Gambar 15. Kurva standarisasi mikroskop XSP-12 series........................

36

Gambar 16. Setting alat foto tekstur permukaan........................................

37

Gambar 17a. Foto Tekstur Permukaan Sampel Elektroplating Zn-Ni tanpa aditif p-vanilin dan 0,010 g/L p-vanilin (pada variasi rapat arus 0,2; 0,3; 0,4 dan 0,5 A/dm2).......

45

Gambar 17b. Foto Tekstur Permukaan Sampel Elektroplating Zn-Ni dengan aditif p-vanilin 0,020 dan 0,030 g/L (pada variasi rapat arus 0,2; 0,3; 0,4 dan 0,5 A/dm2).......

46

Gambar 17c. Foto Tekstur Permukaan Sampel Elektroplating Zn-Ni dengan aditif p-vanilin 0,040 dan 0,050 g/L (pada variasi rapat arus 0,2; 0,3; 0,4 dan 0,5 A/dm2)....... commit to user Gambar 18. Difraktogram sampel lapisan elektroplating Zn-Ni................ xiv

47 48


digilib.uns.ac.id

Gambar 19. Grafik hubungan berat lapisan elektroplating Zn-Ni terhadap rapat arus pada berbagai variasi konsentrasi aditif p-vanilin................................................................................

50

Gambar 20. Terbentuknya gas pada proses elektroplating Zn-Ni pada rapat arus 0,6 A/dm2 dengan aditif vanilin 0,050 g/L.

52

Gambar 21. Grafik hubungan nilai kekerasan lapisan elektroplating ZnNi terhadap rapat arus pada berbagai variasi konsentrasi aditif p-vanilin.......................................................................

53

Gambar 22a. Struktur Non-packed.............................................................

54

b. Struktur Close-packed..........................................................

54

Gambar 23. Grafik hubungan diameter butiran deposit elektroplating Zn-Ni

terhadap rapat arus pada berbagai variasi

konsentrasi aditif p-vanilin...................................................

55

Gambar 24a. Grafik hubungan ∆ Ya terhadap ∆Xa pada berbagai variasi rapat arus..............................................................................

57

b. Grafik hubungan berat lapisan elektroplating Zn-Ni per rapat arus terhadap konsentrasi aditif p-vanilin...................

57

Gambar 25. Grafik hubungan ∆ Yb terhadap ∆ Xa pada berbagai variasi rapat arus...............................................................................

60

Gambar 26. Grafik hubungan ∆ Yc terhadap ∆ Xa pada berbagai variasi rapat arus...............................................................................

commit to user

62


digilib.uns.ac.id

DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Desain Penelitian................................................................... 70 Lampiran 2. Perhitungan kekuatan ion larutan (µ), Koefisien aktifitas ion, Aktifitas ion Zn & Ni, Potensial reduksi Zn&Ni..........

71

Lampiran 3. Perhitungan berat lapisan elektroplating Zn-Ni berdasarkan rumus Faraday.......................................................................

76

Lampiran 4. Data Berat Lapisan Elektroplating Zn-Ni..............................

79

Lampiran 5. Data Ukuran Benda Standar untuk Standarisasi Mikroskop XSP-12 Series.......................................................................

80

Lampiran 6. Data Nilai Kekerasan Lapisan Elektroplating Zn-Ni............

81

Lampiran 7.Data Pengukuran Diameter Butiran Deposit Lapisan Elektroplating Zn-Ni.............................................................

84

Lampiran 8. Pola Trendline Linier grafik hubungan berat lapisan elektroplating Zn-Ni terhadap rapat arus pada berbagai variasi konsentrasi aditif p-vanilin........................................

90

Lampiran 9. Analisa pengaruh konsentrasi p-vanilin terhadap berat lapisan elektroplating Zn-Ni.................................................

91

Lampiran 10. Pola Trendline Linier grafik hubungan rapat arus terhadap nilai kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni.......

93

Lampiran 11. Analisa pengaruh konsentrasi p-vanilin terhadap nilai kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni..............................

94

Lampiran 12. Pola Trendline Linier grafik hubungan diameter butiran lapisan elektroplating Zn-Ni terhadap rapat arus pada berbagai variasi konsentrsi aditif p-vanilin........................

96

Lampiran 13. Analisa pengaruh konsentrasi p-vanilin terhadap diameter butiran lapisan elektroplating Zn-Ni...................................

97

Lampiran 14. Data Difraktogram XRD sampel lapisan elektroplating Zn-Ni..................................................................................

99

Lampiran 15. Data JCPDS beberapa senyawa Zn, Ni dan Zn-Ni..............

108

Lampiran 16. Data Identifikasi senyawa lapisan elektroplating Zn-Ni..... commit to user

111

xvi


digilib.uns.ac.id

DAFTAR TABEL LAMPIRAN Halaman Tabel Lampiran 1. Molaritas bahan – bahan dalam larutan elektrolit............... 71 Tabel Lampiran 2. Perhitungan Arus Listrik yang digunakan untuk Elektroplating Zn-Ni...........................................................

76

Tabel Lampiran 3. Data Berat Lapisan Elektroplating Zn-Ni...........................

79

Tabel Lampiran 4. Data Ukuran Benda Standar untuk Standarisasi Mikroskop XSP-12 Series ..................................................

80

Tabel Lampiran 5. Data Nilai Kekerasan Lapisan Elektroplating Zn-Ni tanpa p-Vanilin.............................................................................

81

Tabel Lampiran 6. Data Nilai Kekerasan Lapisan Elektroplating Zn-Ni dengan Aditif p-Vanilin 0,010 g/L.....................................

81

Tabel Lampiran 7. Data Nilai Kekerasan Lapisan Elektroplating Zn-Ni dengan Aditif p-Vanilin 0,020 g/L.....................................

82

Tabel Lampiran 8. Data Nilai Kekerasan Lapisan Elektroplating Zn-Ni dengan Aditif p-Vanilin 0,030 g/L....................................

82

Tabel Lampiran 9. Data Nilai Kekerasan Lapisan Elektroplating Zn-Ni dengan Aditif Vanilin 0,040 g/L........................................

83

Tabel Lampiran 10. Data Nilai Kekerasan Lapisan Elektroplating Zn-Ni dengan Aditif Vanilin 0,050 g/L........................................

83

Tabel Lampiran 11. Ukuran Diameter Butiran Deposit Lapisan Elektroplating Zn-Ni tanpa p-Vanilin...............................

84

Tabel Lampiran 12. Ukuran Diameter Butiran Deposit Lapisan Elektroplating Zn-Ni dengan Aditif p-Vanilin 0,010 g/L

85


85


87

Tabel Lampiran 15. Ukuran Diameter Butiran Deposit Lapisan Elektroplating Zn-Ni dengan Aditif p-Vanilin 0,040 g/L commit to user

xvii

88


digilib.uns.ac.id

Tabel Lampiran 16. Ukuran Diameter Butiran Deposit Lapisan

89

Elektroplating Zn-Ni dengan Aditif p-Vanilin 0,050g/L Tabel Lampiran 17. Data Selisih Berat Lapisan Set Eksperimen dengan Set

91

Kontrol............................................................................. Tabel Lampiran 18. Data Selisih Nilai Kekerasan Lapisan Set Eksperimen

94

dengan Set Kontrol........................................................... Tabel Lampiran 19. Data Selisih Diameter Butiran Set Eksperimen dengan

97

Set Kontrol....................................................................... Tabel Lampiran 20. Data Identifikasi Senyawa pada Sampel Lapisan Zn-Ni

111

tanpa Vanilin.................................................................... Tabel Lampiran 21. Data Identifikasi Senyawa pada Sampel Lapisan Zn-Ni dengan Aditif Vanilin 0,030 g/L......................................

commit to user

xviii

112


digilib.uns.ac.id

DAFTAR GAMBAR LAMPIRAN Halaman Gambar Lampiran 1. Grafik hubungan berat lapisan elektroplating ZnNi terhadap rapat arus pada berbagai variasi konsentrasi aditif p-vanilin.....................................

90

Gambar Lampiran 2. Grafik hubungan ∆ Ya terhadap ∆ Xa pada berbagai variasi rapat arus......................................

92

Gambar Lampiran 3. Grafik hubungan rapat arus terhadap nilai kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni pada berbagai variasi aditif p-vanilin..............................

93

Gambar Lampiran 4. Grafik hubungan ∆ Yb terhadap ∆ Xa pada berbagai variasi rapat arus......................................

95

Gambar Lampiran 5. Grafik hubungan diameter butiran lapisan elektroplating Zn-Ni terhadap rapat arus pada berbagai variasi konsentrsi aditif p-vanilin.............

96

Gambar Lampiran 6. Grafik hubungan ∆ Yc terhadap ∆ Xa pada berbagai variasi rapat arus......................................

97

Gambar Lampiran 7. Foto Mikroskop Benda standar untuk standarisasi mikroskop XSP – 12...............................................

113

Gambar Lampiran 8. Foto sampel yang menunjukkan lapisan kusam pada rapat arus 0,6 A/dm2.......................................

commit to user

xix

114


digilib.uns.ac.id

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Besi merupakan logam yang banyak digunakan dalam kehidupan seharihari. Misalnya, di bidang industri, otomotif, konstruksi bangunan, elektronika dan alat-alat rumah tangga. Besi memiliki kelebihan seperti kuat, mudah di dapatkan, mudah dibentuk dan harga relatif murah. Namun, apabila besi dibiarkan dalam lingkungan, besi mudah teroksidasi oleh udara sekitar dan mengalami korosi (Hartomo, 1992). Korosi pada besi akan merusak struktur material dan menggurangi nilai kekuatan besi. Oleh karena itu, perlu dilakukan suatu penanganan terkait masalah korosi pada besi. Salah satu metode yang dilakukan untuk mencegah korosi pada besi adalah dengan melapisi besi dengan logam lain secara lapis listrik atau disebut elektroplating. Proses elektroplating merupakan teknik pengendapan (deposisi) ion logam secara elektrolisis dimana endapan logam (deposit) melekat pada suatu elektroda, dengan tujuan untuk melindungi dan melapisi permukaan elektroda dengan sifat dan dimensi yang berbeda (ASTM 374-96). Seng (Zn) merupakan logam yang sering digunakan untuk melapisi besi secara lapis listrik (elektroplating Zn) karena bersifat proteksi anodik terhadap besi, mudah didapatkan dan harga relatif murah (Nasoetion dkk., 2005). Dewasa ini, penelitian elektroplating Zn dikembangkan pada coating alloy (pelapisan paduan logam) salah satunya adalah elektroplating Zn-Ni. Penambahan sedikit logam Ni dalam komposisi lapisan elektroplating Zn akan memodifikasi potensial reduksi Zn karena secara elektrokimia berdasarkan nilai potensial reduksi Ni lebih mulia dari Zn (Wynn et al., 2001). Selain itu, material alloy ZnNi dalam sifat mekanik terjadi peningkatan kekerasan karena berdasarkan sifat karakteristiknya Ni lebih keras daripada Zn (Hariyanti, 2007). Berdasarkan Shivakumara et al. (2007) lapisan elektroplating Zn–Ni pada substrat besi dengan komposisi Ni antara 8% sampai 14% berat mampu memberikan perlindungan to user lapisan elektroplating Zn. korosi lima hingga enam kali lebihcommit kuat dibanding

1


digilib.uns.ac.id 2

Proses elektroplating Zn–Ni dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti: rapat arus, tegangan listrik, komposisi dan konsentrasi elektrolit, pH larutan, konduktivitas larutan, suhu larutan, jenis elektroda, jarak anoda – katoda dan waktu elektrolisa (Purwanto dan Huda, 2005). Adapun tekstur hasil pelapisan logam yang diperoleh dari proses elektroplating dipengaruhi oleh orientasi pengendapan depositnya dan adanya komponen lain yang terbentuk. Tekstur permukaan yang kasar dapat diperbaiki dengan penambahan bahan aditif tertentu dengan konsentrasi tertentu (Adamson, 1990). Bahan aditif di dalam industri elektroplating sering digunakan untuk meningkatkan kualitas lapisan elektroplating. Salah satu bahan aditif adalah bahan pencerah (brightener). Brightener sengaja diberikan di dalam larutan elektroplating untuk mengontrol pertumbuhan deposit agar diperoleh kualitas lapisan yang baik meliputi: kecerahan (bright), kerataan lapisan (leveling) dan kekerasan (hard) (Purwanto dan Huda, 2005). Kim et al. (2004) menyatakan o-vanilin dapat berfungsi sebagai brightener dalam elektroplating Zn dengan hasil tekstur permukaan lapisan lebih halus, ukuran butiran deposit lebih kecil dan spektrum reflektansi tinggi. Selain itu, Ravindran et al. (2006) menyatakan senyawa aldehide seperti acetaldehide, anisaldehide, benzaldehide, formaldehide dan furfuraldehide dapat digunakan sebagai brightener dalam elektroplating Zn-Ni. Senyawa o-vanilin (2-hidroksi-3metoksi benzaldehide) merupakan golongan aldehide. Oleh karena itu, berdasarkan latar belakang diatas maka dimungkinkan o-vanilin dapat digunakan sebagai brightener dalam elektroplating Zn-Ni. Berdasarkan uraian diatas, penelitian tentang aditif vanilin sebagai brightener dalam elektroplating Zn-Ni sangat menarik untuk dilakukan karena dapat menambah nilai guna dari vanilin. Dalam penelitian ini akan dilakukan elektroplating Zn-Ni pada substrat besi dengan aditif vanilin pada larutan elektrolit Zn-Ni. Sehingga diharapkan didapatkan material besi lapis Zn-Ni yang memiliki aspek protektif (tahan terhadap korosi) dan aspek dekoratif (warna lapisan tampak lebih cerah). commit to user


digilib.uns.ac.id 3

B. Perumusan Masalah 1. Identifikasi Masalah Rapat arus merupakan salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses elektroplating Zn-Ni. Rapat arus didefinisikan besarnya arus yang diberikan per satuan luas bidang elektroplating (pelapisan). Rapat arus dalam proses elektroplating berhubungan dengan transfer elektron dan laju deposisi ion logam dalam larutan elektrolit. Semakin besar rapat arus menyebabkan transfer elektron dan laju deposisi ion logam semakin besar sehingga akan semakin cepat mendapatkan berat lapisan dan dengan ketebalan lapisan tertentu. Rapat arus yang tinggi juga dapat menyebabkan terjadinya panas dalam larutan elektrolit sehingga akan mengakibatkan lapisan elektroplating Zn-Ni menjadi kusam dengan ditandai warna lapisan yang menghitam (Fauzi, 1994). Oleh karena itu perlu dikaji rapat arus yang digunakan dalam proses elektroplating Zn-Ni dengan melakukan variasi rapat arus sehingga didapatkan kualitas lapisan elektroplating Zn-Ni yang baik. Aditif brightener di dalam proses elektroplating merupakan bahan tambahan pada larutan elektrolit dengan jumlah sedikit dimaksudkan untuk mengatur pertumbuhan deposit logam Zn dan Ni. Pertumbuhan deposit yang teratur menghasilkan lapisan elektroplating Zn-Ni dengan kualitas baik meliputi kecerahan (bright) dan kekerasan (hard) (Purwanto dan Huda, 2005). Kim et al. (2004) menyatakan bahwa o-vanillin dapat berfungsi sebagai brightener. Vanilin dibedakan menjadi 2 berdasarkan rumus strukturnya yaitu: o-vanillin (2-hidroksi3-metoksi benzaldehide dan p-vanillin (4-hidroksi-3-metoksi benzaldehide). Senyawa o-vanillin dapat diperoleh dari sintesis guaiakol (o-metoksi phenol) melalui reaksi Reimer-Tiemann (Suwarso dkk., 2002) sedangkan untuk senyawa p-vanillin dapat diperoleh dari ekstrak biji vanila (Widajanti dkk.,2002). Struktur o-vanilin dan p-vanilin dibedakan pada posisi gugus hidroksi yang terikat sedangkan untuk massa rumus molekul (MR) adalah sama. Berdasarkan latar belakang tersebut kemungkinan p-vanillin dapat digunakan sebagai brightener dalam elektroplating Zn-Ni. Konsentrasi p-vanilin yang ditambahkan akan berpengaruh terhadap proses deposisi ion Zn2+ dan Ni2+ ke katoda. Konsentrasi user sedikit antara 100 µM sampai 10 aditif o-vanillin yang ditambahkancommit adalahtosangat


digilib.uns.ac.id 4

mM (Kim. et al., 2004). Oleh karena itu, perlu dikaji konsentrasi aditif p-vanilin yang akan digunakan sebagai brightener dengan melakukan variasi konsentrasi. Lapisan elektroplating Zn-Ni tersusun atas deposit logam Zn dan Ni, membentuk suatu sistem kristal logam. Terdapat beberapa metode yang digunakan untuk identifikasi senyawa dalam lapisan elektroplating, diantaranya adalah metode XRF (X-Ray Fluoresence) dan XRD (X-Ray Diffraction). Keduanya merupakan metode analisa non-destruktif (tidak merusak/mengakibatkan perubahan pada sampel). Analisa dengan metode XRF dapat menunjukkan komposisi unsur – unsur yang terdapat dalam lapisan elektroplating, sedangkan analisa dengan XRD menunjukkan struktur kristal logam yang terbentuk dalam lapisan elektroplating (Bicelli et al., 2008). Kualitas lapisan elektroplating Zn-Ni dapat ditinjau berdasarkan sifat karakterisasi dari alloy tersebut. Karakterisasi alloy Zn-Ni meliputi banyak hal antara lain: berat lapisan, ketebalan, komposisi, tekstur permukaan, kekerasan, kecerahan, korosivitas, sifat elektrik, sifat magnetik dan stabilitas termal. Sehingga perlu ditentukan karakterisasi alloy lapisan elektroplating Zn-Ni disesuaikan dengan kajian penelitiaan untuk mengetahui kualitas dari lapisan elektroplating Zn-Ni. 2. Batasan Masalah Dari identifikasi masalah di atas perlu adanya batasan masalah dalam penelitian ini, antara lain: a. Penelitian berfokus pada pengaruh rapat arus dan aditif vanilin, sehingga faktor - faktor lain dalam proses elektroplating Zn-Ni dibuat tetap. 1) Rapat arus yang digunakan di variasi yaitu: 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 dan 0,6 A/dm2. Variasi rapat arus yang digunakan merujuk pada penelitian Shivakumara et al. (2007). 2) Proses elektroplating Zn-Ni menggunakan sistem 2 elektroda yaitu: katoda dan anoda. Katoda yang dipakai adalah plat besi yang merupakan substrat yang akan dilapisi. Sampel plat besi merupakan jenis strip plat. Sampel commit to user besi didapatkan dari Pasar besi Kusumodilagan Surakarta. Ukuran dimensi


digilib.uns.ac.id 5

sampel substrat besi ditetapkan panjang x lebar: (5 cm x 2,65 cm). Anoda yang dipakai adalah platina (Pt). Logam platina dipilih sebagai anoda karena bersifat inert sehingga platina tidak akan teroksidasi tetapi yang teroksidasi adalah air. 3) Komposisi larutan elektrolit untuk elektroplating Zn-Ni mengacu pada penelitian Shivakumara et al. (2007) yaitu: a) ZnSO4.7H2O : 56,60 %

d) H3BO3 : 7,56 %

b) NiSO4.6H2O : 3,77 %

e) EDTA : 5,66 %

c) Na2SO4

f) NaLS

: 22,64 %

: 3,77 %

Keterangan: a) ZnSO4.7H2O dan NiSO4.6H2O sebagai sumber ion Zn dan Ni. Bahan ZnSO4.7H2O dan NiSO4.6H2O dipilih karena mudah larut dalam air dan anion sulfatnya mempunyai pengaruh relatif lebih kecil terhadap konduktifitas elektrolit bila dibandingkan dengan anion klorida. b) Na2SO4 ditambahkan dalam larutan elektrolit dimaksudkan untuk meningkatkan konduktifitas (daya hantar listik) larutan elektrolit. Apabila konduktifitas besar maka hambatan dalam larutan elektrolit menjadi kecil. c) H3BO3 berfungsi sebagai larutan penyangga (buffer) yang dapat mempertahankan pH larutan elektrolit. Selain itu juga dapat membantu meningkatkan daya hantar listik larutan elektrolit (Shivakumara et al., 2007). d) EDTA berfungsi sebagai bahan pengompleks. Ion Zn dan Ni lebih stabil dalam bentuk kompleksnya, sehingga diharapkan tidak terbentuk endapan Zn(OH)2 atau Ni(OH)2 (Purwanto dan Huda, 2005). e) NaLS merupakan surfaktan yang berfungsi sebagai wetting agent (agen pembasah) yaitu dapat menurunkan tegangan permukaan dari gas H2 yang teradsorpsi pada permukaan katoda. Adanya gas H2 akan menghalangi deposisi ion Zn dan Ni ke katoda (Purnawan, 2003). commit to user


digilib.uns.ac.id 6

4) Jarak anoda dan katoda ditetapkan 3 cm. Jarak anoda – katoda menentukan hantaran arus listrik dan berpengaruh terhadap keseragaman tebal lapisan. Apabila jarak anoda-katoda dekat, maka konduktifitas besar dan hambatan mejadi kecil, karena konduktifitas (L) berbanding terbalik dengan hambatan (R) (Dogra, 1990). Jarak anoda dan katoda ditetapkan 3 cm karena jaraknya tidak terlalu jauh. Selain itu, menyesuaikan dengan dimensi dari bak elektroplating. 5) Suhu operasi elektroplating pada suhu ruang + 28 oC. Semakin tinggi suhu elektroplating menyebabkan konduktivitas larutan makin besar sehingga mempercepat hantaran arus listrik. Tetapi pada suhu yang terlalu tinggi dapat menyebabkan lapisan menjadi terbakar (kusam) dan menyebabkan terjadinya kerusakan aditif (Purwanto dan Huda, 2005). Sehingga elektroplating dilakukan pada suhu ruang + 28 oC. b. Vanilin yang digunakan sebagai brightener adalah jenis p-vanilin. Konsentrasi aditif p-vanilin dalam larutan elektrolit divariasi dengan konsentrasi: 0,000; 0,010; 0,020; 0,030; 0,040; dan 0,050 g/L. Variasi konsentrasi aditif vanilin yang digunakan, merujuk pada penelitian Kim et al. (2004) yaitu dalam range konsentrasi antara 100 µM sampai 10 mM. c. Identifikasi struktur dalam lapisan elektroplating Zn-Ni dilakukan dengan instrumen X-Ray Difractometer (X-RD). d. Karakterisasi lapisan elektroplating Zn-Ni pada penelitian ini dibatasi pada : 1) Berat lapisan elektroplating Zn-Ni. Berat lapisan elektroplating Zn-Ni merupakan berat total dari campuran deposit logam Zn dan Ni. Uji berat dilakukan secara gravimetri dengan neraca analitis. 2) Tingkat kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni. Uji kekerasan dalam penelitian ini mengunakan alat Mickrohardness Tester. 3) Tekstur permukaan lapisan elektroplating Zn-Ni. Tekstur permukaan berhubungan dengan ukuran butiran deposit yang terbentuk. Karakterisasi tekstur permukaan lapisan elektroplating Zn-Ni menggunakan mikroskop optik. commit to user


digilib.uns.ac.id 7

3. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang dan batasan masalah di atas, maka rumusan masalah yang akan diungkapkan dalam penelitian ini adalah : a. Bagaimana pengaruh rapat arus terhadap: 1) berat lapisan elektroplating Zn-Ni? 2) tingkat kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni? 3) tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni? b. Bagaimana pengaruh aditif p-vanilin terhadap: 1) berat lapisan elektroplating Zn-Ni? 2) tingkat kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni? 3) tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni? C. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Mengetahui pengaruh rapat arus terhadap berat, tingkat kekerasan dan tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni. 2. Mengetahui pengaruh aditif p-vanilin terhadap berat, tingkat kekerasan dan tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni.

D. Manfaat Penelitian Dengan adanya penelitian ini dapat memberikan manfaat yaitu: 1. Secara praktis, memberikan metode alternatif tentang salah satu cara pencegahan korosi pada besi yaitu dengan elektroplating Zn-Ni. 2. Secara teoritis, dapat memberikan informasi tentang pengaruh rapat arus dan penggunaan aditif p-vanilin sebagai brightener dalam hal peningkatan kualitas lapisan elektoplating Zn-Ni.

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB II LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka 1. Elektroplating a. Pengertian Elektroplating Proses elektroplating merupakan teknik pengendapan (deposisi) suatu ion logam secara elektrolisis, dimana endapan logam melekat pada suatu elektroda, dengan tujuan untuk melindungi dan melapisi permukaan elektroda dengan sifat dan dimensi yang berbeda (ASTM 374-96). Ion logam diperoleh dari elektrolit maupun berasal dari pelarutan anoda logam ke dalam elektrolit. Pengendapan terjadi pada benda kerja yang berlaku sebagai katoda. Lapisan logam yang mengendap disebut deposit. Selama pengendapan akan terjadi reaksi kimia pada elektroda dan larutan elektrolit, baik reaksi oksidasi maupun reduksi (Purwanto dan Huda, 2005). b. Prinsip kerja elektroplating Gambar 1 menjelaskan tentang proses elektroplating. Sumber listrik arus searah (Dirrect Current / DC) dihubungkan elektroda di dalam larutan elektrolit. Elektroda pada kutub negatif disebut katoda sedangkan kutub positif disebut anoda. Benda yang akan dilapisi harus bersifat konduktif dan berfungsi sebagai katoda. Besarnya arus terbaca oleh amperemeter. Tahanan berfungsi mengatur besarnya arus yang masuk. Sedangkan voltmeter berfungsi mengukur besarnya beda potensial antara anoda dan katoda. Arah aliran elektron

Tahanan Amperemeter

-

Sumber tegangan (DC)

+

Voltmeter

Katoda ( - ) reaksi reduksi Anoda (+) reaksi oksidasi Larutan Elektrolit Bak Plating - Anion migrasi ke anoda Ion + kation migrasi ke katoda

commit to user Gambar 1. Proses elektroplating

8


digilib.uns.ac.id 9

c. Faktor – faktor yang Berpengaruh pada Proses Elektroplating Faktor-faktor yang mempengaruhi proses elektroplating diantaranya adalah: 1) Konsentrasi elektrolit Konsentrasi elektrolit selama berlangsungnya proses elektroplating akan mengalami perubahan terutama karena adanya perpindahan ion logam dari larutan yang mengendap di katoda. Pada umumnya kelebihan kadar logam akan menyebabkan menurunnya kekilapan dan kerataan lapisan. Apabila kadar logam rendah terjadi penurunan konduktivitas sehingga proses plating menjadi lambat. Oleh karena itu konsentrasi elektrolit perlu dijaga konstan dengan melakukan analisis larutan secara teratur (Purwanto dan Huda, 2005). 2) Konduktivitas larutan Konduktivitas/Daya hantar listrik larutan bergantung pada konsentrasi dan jenis ion dalam larutan. Daya hantar listrik berhubungan dengan pergerakan suatu ion dalam larutan. Ion yang mudah bergerak mempunyai daya hantar listrik yang besar (Hendayana dkk., 1994). L = k (A/l) …………..……………………… (1) Keterangan:

L adalah daya hantar listrik (mho) A adalah luasan daerah elektroda (m2) l adalah jarak antara elektroda (m) k adalah hantaran jenis (mho m-1)

3) Rapat arus (Current density) Berdasarkan hukum faraday, banyaknya endapan sebanding dengan kuat arus. Akan tetapi dalam praktek, besaran yang diperlukan untuk elektroplating adalah rapat arus yaitu arus per satuan luas, biasanya dinyatakan dalam Ampere/dm2 (A/dm2) atau Ampere/foot2 (A/ft2). Rapat arus dirumuskan: ……………………………………. (2) Keterangan : J = Rapat arus (Current density) (A/dm2) I = Arus listrik (Ampere) A = Luas permukaancommit (dm2) to user


digilib.uns.ac.id 10

Rapat arus perlu diperhatikan agar menghasilkan lapisan yang berkualitas baik. Pada rapat arus kecil, ion mempunyai kecepatan deposisi rendah. Rapat arus terlalu rendah menyebabkan pelepasan ion menjadi lambat. Idealnya laju pertumbuhan deposit permulaan (initial stage deposition) lebih cepat daripada laju pembentukan deposit baru (deposisi berikutnya) tetapi karena laju yang sangat rendah mengakibatkan (initial stage deposition) belum sempurna sehingga seluruh area pelapisan tidak terlapisi dengan sempurna. Sedangkan ketika rapat arus mulai dinaikkan, akan mempercepat ion logam membentuk inti kristal logam (nuclei) dan menyebabkan pertumbuhan deposit permulaan (initial stage deposition) mulai mengalami peningkatan, sehingga kemungkinan deposit menjadi lebih fine-grained (berbentuk butiran yang bagus) (Glasstone, 1962). Kondisi rapat arus jika terlalu tinggi, menyebabkan laju deposisi sangat cepat dan deposit tidak mampu menata/mengarahkan diri ke posisi yang stabil, karena deposisi permulaan belum sempurna selesai, tetapi sudah disusul deposisi berikutnya. Sehingga pertumbuhan deposit akan berupa butiran kristal menyebabkan tekstur menjadi kasar (Glasstone, 1962). Selain hal itu, rapat arus yang terlalu tinggi juga dapat menyebabkan timbulnya panas. Akibatnya menghasilkan deposit yang terbakar dengan ditandai warna yang menghitam (Purwanto dan Huda, 2005). Fenomena tersebut diterangkan oleh Hukum Joule berikut ini: E listrik = V. I . t E listrik = E panas (konversi energi) E panas ~ V. I . t ………………..…………….. (3) 4) Tegangan listrik (voltase) Arus listrik yang menghasilkan perubahan kimia, mengalir melalui mediun (logam atau elektrolit). Oleh karena adanya beda potensial (tegangan listrik) antara elektroda menyebabkan ion-ion dalam sistem bergerak ke elektroda. Agar terjadi proses elektrolisis, diperlukan potensial listrik sekurang-kurangnya sama dengan potensial standar dari ion yang akan direduksi. Sehingga tegangan yang diperlukan untuk proses elektroplating tergantung dari jenis, komposisi dan commit to user kondisi elektrolit.



Hubungan antara beda potensial dan arus listrik dirumuskan melalui hukum Ohm, yaitu: V = I x R ......................................................... (4) Keterangan: V = Tegangan listrik/Beda potensial (volt) I = Arus Listrik (Ampere) R = Tahanan (Ohm) Sesuai dengan hukum Ohm, bila hambatan (R) yang diberikan tetap/konstan maka besarnya beda potensial (V) sebanding dengan besarnya arus listrik (A). Rapat arus dapat dinaikkan dengan menaikkan tegangan, akan tetapi ini dapat menyebabkan terjadinya polarisasi dan dapat tercapainya tegangan batas. Pada keadaan tegangan batas, tidak terjadi aliran arus melalui elektrolit, dan bila tegangan dinaikkan atau akan terjadi potensial lebih (over potensial) yang menyebabkan terjadinya elektrolisis air yang menghasilkan gas hidrogen dan oksigen (Hiskia, 1992). 5) Waktu elektrolisa Berdasarkan hukum faraday I: ……………………………………… (5) Berat lapisan elektroplating (w) berbanding linier dengan waktu elektrolisa (t). Semakin lama waktu elektrolisa makin banyak endapan yang terbentuk. 6) Jarak Anoda – katoda Jarak anoda – katoda menentukan hantaran arus listrik dan sangat berpengaruh terhadap keseragaman tebal lapisan. Besarnya konduktivitas berbanding terbalik dengan jarak anoda dan katoda, lihat rumus (1). Apabila jarak anoda-katoda kecil, maka konduktifitas besar dan hambatan mejadi kecil. karena konduktifitas (L) berbanding terbalik dengan hambatan (R) (Dogra, 1990).

L = 1/R ………………………………………. (6)

commit to user



7) Temperatur Temperatur berpengaruh terhadap konduktivitas. Temperatur semakin tinggi menyebabkan konduktivitas larutan makin besar sehingga mempercepat hantaran arus listrik. Temperatur yang terlalu tinggi dapat menyebabkan endapan terbakar dan terjadi kerusakan aditif (Purwanto dan Huda, 2005). d. Elektroplating Zn-Ni Teknologi coating alloy elektroplating Zn-Ni dikembangkan sebagai pengganti untuk elektroplating Cd (Kadmium). Hal ini karena logam Cd bersifat racun, berbahaya untuk kesehatan, dan menyebabkan pencemaran lingkungan selain itu juga memiliki biaya operasional yang tinggi (Zaki and Budman, 1991). Penelitian dan pengembangan produk elektroplating Zn, telah difokuskan pada pengembangan coating alloy (lapisan paduan logam) yang mengandung sejumlah kecil unsur lain, seperti Fe, Co, Sn dan Ni. Dimasukkannya unsur lain ke dalam komposisi lapisan elektroplating Zn akan memodifikasi potensial reduksi alloy tersebut. Karena paduan ini secara elektrokimia berdasarkan nilai potensial reduksi lebih mulia dari seng (Wynn et al., 2001). Sebagai contoh adalah potensial reduksi alloy Zn-Ni mengalami kenaikan bila dibandingkan potensial Zn ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Potensial reduksi commit to userdari alloy Zn-Ni



Proses coating alloy juga akan mengakibatkan perubahan sifat fisik, mekanik, dan sifat teknologi suatu material. Salah satu contoh perubahan fisik ketika material dilapis dengan nikel adalah bertambahnya daya tahan material tersebut terhadap korosi, serta bertambahnya kapasitas konduktifitasnya. Adapun dalam sifat mekanik, terjadi perubahan kekuatan tarik maupun tekan/kekerasan dari suatu material sesudah mengalami pelapisan dibandingkan sebelumnya (Hariyanti, 2007). 2. Elektrolisis Istilah elektrolisis berasal dari Yunani yaitu: electro artinya sifat mengenai listrik dan lysis artinya terurai. Pada elektrolisis oleh energi listrik zat-zat dapat terurai. Alat tempat berlangsungnya elektrolisis disebut sel elektrolisis. Dalam sel ini terdapat: a) Elektroda adalah penghantar tempat listrik masuk ke dalam dan ke luar dari zat – zat yang bereaksi. b) Perpindahan elektron antara elektroda dan zat-zat dalam sel menghasilkan reaksi terjadi pada permukaan elektroda. c) Zat-zat yang dapat dielektrolisi, adalah leburan ion dan larutan yang mengandung zat terlarut. Pada anoda terjadi reaksi oksidasi, yaitu anion (ion negatif) ditarik oleh anoda dan jumlah elektronnya berkurang sehingga bilangan oksidasinya bertambah. Reaksi di anode tergantung pada jenis anoda dan anion (Romdhoni, 2010). 1) Anode inert (Karbon (C), Platina (Pt), Emas (Au)) a) Ion sisa asam yang mengandung oksigen (misalnya NO3-, SO42-, PO43-) tidak mengalami oksidasi, tetapi yang teroksidasi adalah air. Reaksinya: Anode (+) : 2H2O ( l ) → 4H+ (aq) + O2 (g) + 4eb) Ion sisa asam yang lain (Contoh: Cl-, Br- ,I-) akan teroksidasi Anode (+) : 2Cl- (aq) → Cl2 (g) + 2eAnode (+) : 2Br- (aq) → Br2 (g) + 2eAnode (+) : 2I- (aq) →

I2 (g) + 2ecommit to user



c) Ion OH- dioksidasi menjadi H2O dan O2. Reaksinya Anode (+) :4OH- (aq) → 2H2O ( l ) + O2 (g) + 4e2) Anoda tak inert (contoh: Ag, Cu, Zn) akan teroksidasi. Reaksinya: Anode (+) : Ag (s) → Ag+ (aq) + eAnode (+) : Cu (s) → Cu2+(aq) + 2eAnode (+) : Zn (s) → Zn2+ (aq) + 2eSedangkan pada katoda terjadi reaksi reduksi, yaitu kation (ion positif) ditarik oleh katoda dan menerima tambahan elektron, sehingga bilangan oksidasinya berkurang. Reaksi di katode tergantung pada jenis kation (ion logam) (Romdhoni, 2010). 1) Kation logam golongan alkali IA (Li+, Na+, K+), alkali tanah IIA (Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+), Al3+ dan Mn2+ tidak tereduksi, tetapi air yang mengalami reduksi. Katode (-) : 2H2O (aq) + 2e- → H2 (g) + 2OH- (aq) 2) Kation logam lain (misalnya: Ag+, Zn2+, Ni2+dan lainnya) mengalami reduksi. Katode (-) : Ag+ (aq) + e- → Ag (s) Katode (-) : Zn2+(aq) + 2e- → Zn (s) Katode (-) : Ni2+ (aq) + 2e- → Ni (s) 3) Ion H+ direduksi menjadi H2. Reaksinya: 2H+ (aq) + 2e- → H2 (g) Elektroplating Zn-Ni merupakan reaksi elektrolisis. Berdasarkan teori diatas dapat dituliskan reaksi yang terjadi yaitu: Elektrolisis larutan Zn dan Ni dengan elektroda Pt, reaksinya: Katoda (reduksi)

: 2 Zn2+ (aq) + 4e- → 2 Zn (s) 2 Ni2+ (aq) + 4e- → 2 Ni (s) 4 H+ (aq) + 4e- → 2 H2(g)

Anoda (Oksidasi) : 6 H2O (l) → 12 H+ (aq) + 3 O2 (g) + 12 e——————————————————————————————— + Reaksi redoks total: 2 Zn2+(aq) + 2 Ni2+(aq) + 6 H2O (l) → 2 Zn(s) + 2 Ni(s)+ 2 H2(g) + 8 H+(aq) + 3 O2(g)

commit to user



3. Teori Proses Deposisi Logam Secara Elektrolisis Elektroplating sering juga disebut dengan istilah elektrodeposisi (electrodeposition), bentuk singkatan dari electrolytic deposition. Proses tersebut menggunakan arus listrik untuk mereduksi ion logam dari larutan dan dilapiskan pada suatu material substrat. Reaksi yang terjadi, di dalam praktek elektrodeposisi tidaklah sederhana, melainkan lebih rumit. Terdapat tiga buah pembagian zona, yang dibedakan berdasarkan jarak zona dengan katoda seperti terlihat pada Gambar 3 yaitu: Zona (A) disebut sebagai Helmholtz layer berada pada batas antar muka dengan katoda. Zona (B) disebut sebagai Difusion layer jarak dari katoda lebih jauh daripada Helmholtz layer. Zona (C) disebut sebagai Bulk solution (fase ruah/elektrolit). Pada zona difusi, pergerakan ion dipengaruhi oleh perbedaan kepekatan konsentrasi

ion

antara

zona

Helmholtz

dan

zona

elektrolit

(http://electrochem.cwru.edu/ed/encycl/art-e01-electroplat.htm).

Gambar 3. Zona (A) Helmholtz layer; (B) Difusion layer dan (C) Bulk solution (fase ruah/elektrolit) Proses pergerakan (deposisi) ion logam ke katoda di bawah pengaruh arus (yang diberikan). Penjelasan mekanisme proses deposisi ion logam ke katoda commit (substrat) dijelaskan dalam Gambar 4. to user



Gambar 4. Mekanisme proses elektrodeposisi ion logam Keterangan Penjelasan Gambar 4: 1) Ion-ion logam dalam larutan elektrolit merupakan hydrate-cation artinya ion logam ter-solvasi oleh molekul air. Hydrate-cation di dalam larutan bermigrasi dari zona fase ruwah (bulk) memasuki zona double layer (gouy chapman layer). Proses ini disebut dengan istilah mass transfer, yang dipengaruhi oleh 3 faktor: arus (gaya elektrostatik), difusi konsentrasi, dan konveksi (misal: jika diberi perlakuan pengadukan). 2) Ketika hydrate-cation memasuki zona helmholtz layer, molekul air dari hydrate-cation tersebut mulai terdistorsi oleh elektron dari permukaan katoda dan terdekomposisi (terlepas) dari kation. 3) Ion logam (kation) yang telah kehilangan molekul airnya (dehydrated cation) siap menerima elektron untuk dinetralkan/direduksi membentuk atom logam dan selanjutnya teradsorp pada permukaan katoda. 4) Molekul air terbebas dari stuktur kompleks hydrate, Sedangkan atom/kristal logam yang teradsorp kemudian menuju titik pertumbuhan pada permukaan katoda (Lower, 2004). 4. Aditif Brightener Aditif brightener merupakan bahan tambahan dengan jumlah kecil dimaksudkan untuk mengatur pertumbuhan kristal sehingga diperoleh hasil plating dengan kualitas yang baik meliputi kecerahan dan kekerasan (Purwanto commit to user



dan Huda, 2005). Bahan aditif brightener ditambahkan dalam jumlah yang sangat kecil antara 100 µM sampai 10 mM, namun mampu meningkatkan kualitas deposit yaitu: menghasilkan deposit mikrokrsital yang lembut dan butiran yang tidak kasat (fine-grained). Aditif brightener umumnya berupa senyawa organik yang bekerja pada rentang temperature tertentu dan dapat rusak selama proses berlangsung (Kim et al., 2004). Fungsi dari aditif brightener adalah mengatur pertumbuhan kristal (deposit) yaitu dengan cara menghambat laju deposisi dari ion logam (Purwanto dan Huda, 2005). Mekanisme yang dipercayai untuk menjelaskan prinsip brightener adalah dengan pengompleksan ion logam, yaitu dengan menambahkan ligan yang berikatan koordinasi dengan ion logam. Penjelasan tentang aditif brightener menghambat laju deposisi ion logam, dapat dijelaskan berdasarkan teori elektrodeposisi (Gambar 4). Ketika senyawa aditif (ligan) dengan struktur yang lebih besar dari hydrate (misal: p-vanilin) ditambahkan dalam larutan elektrolit, jumlah hydrate-cation akan berkurang karena terbentuk kompleks vanilin-cation. Mekanisme aditif brightener pada proses elektrodeposisi sebagai berikut: a. Kompleks vanilin-cation (aditif) dapat mengalami reaksi reduksi. Reaksi reduksi pada senyawa kompleks akan mengkibatkan jarak ikatan, sudut ikatan antara logam dengan unsur yang terkoordinasi berubah dan pada saat tertentu keseluruhan struktur kompleks dapat terdistorsi atau bahkan senyawanya dapat terdekomposisi (Takeuci, 2006). Mekanisme reduksi kompleks vanilin-cation sama seperti mekanisme reduksi pada hydrate-cation (lihat Gambar 4), tetapi karena secara struktural molekul kompleks vanilin-cation (aditif) lebih besar daripada molekul hydrate-cation mengakibatkan laju deposisi vanilin-cation (aditif) lebih lambat. b. Komplek vanilin-cation (aditif), menghalangi proses deposisi hydrate-cation. Karena hydrate-cation mendapatkan rintangan/halangan sterik dari kompleks vanilin-cation (aditif) mengakibatkan menurunnya laju deposisi dari hydratecation. commit to user



Ketika pergerakan deposisi ion logam menjadi lambat (tidak terlalu cepat), akan dihasilkan deposit yang teratur dan penuh (close packed), karena deposit memiliki waktu rileks dan memungkinkan deposit menata/mengarahkan diri ke titik-titik pertumbuhan pada permukaan katoda. Dengan kata lain, adanya senyawa aditif berfungsi menghambat laju deposisi ion logam untuk memproduksi kristal kecil (fine grain) dan lembut (smooth), sehingga dihasilkan lapisan yang terlihat cerah. .

5. p-Vanilin Vanilin secara umum digunakan sebagai bahan-bahan/agen pemberi rasa dan aroma (flavor) dalam industri makanan, minuman dan farmasi (Widayanti, 2002). p-Vanilin atau (4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde), merupakan senyawa organik dengan rumus molekul C8H8O3 dan berat molekul 152,15 g/mol. pVanillin mudah larut dalam air, dengan tingkat kelarutan 1 g/100ml air (pada suhu 25 oC). p-Vanilin memiliki kelompok gugus fungsional meliputi aldehida, eter, dan fenol (Wikipedia). Struktur p-vanilin dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 5. Struktur p-vanilin (4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde) Struktur p-vanilin mempunyai beberapa atom donor elektron, yaitu O pada gugus ›C=O, C–O–C dan –O-H serta elektron π yang terdelokalisasi (awan elektron) pada cincin benzena. Apabila p-vanilin ditambahkan dalam larutan elektrolit Zn-Ni, dengan adanya atom donor elektron pada gugus vanilin memungkinkan vanilin berinteraksi dengan ion Zn2+ dan Ni2+ membentuk suatu ikatan koordinasi menghasilkan senyawa kompleks. Ion Zn2+ dan/atau Ni2+ sebagai atom pusat, sedangkan p-vanilin commit bertindak to user sebagai ligan.



Kozlevčar et al. (2004) telah melakukan sintesa kompleks dengan pvanilin sebagai ligan dengan atom pusatnya adalah ion Cu2+. Hasil struktur kompleks Cu(II) vanilin disajikan dalam Gambar 6.

Gambar 6. Kompleks Cu(II) vanilin (Kozlevčar et al., 2004) 6. Analisa a. Berat Lapisan Elektroplating Zn-Ni Berat lapisan elektroplating Zn-Ni merupakan berat total endapan logam Zn dan Ni pada katoda. Apabila elektoplating hanya satu macam logam, hubungan antara banyaknya logam yang mengendap pada katoda dengan arus listrik yang dialirkan digunakan dalam proses elektroplating berdasarkan Hukum Faraday yaitu: 1) Pada elektrolit zat yang diendapkan berbanding lurus dengan waktu dan arus listrik. 2) Jumlah arus listrik yang sama akan membebaskan sejumlah zat pada elektroda Hukum Faraday I dirumuskan : ………..………………..………….. (7) Untuk elektroplating 2 logam, misal Zn dan Ni karena dilakukan secara bersamaan maka arus yang dialirkan digunakan untuk mereduksi kedua logam Zn dan Ni, sehingga arus yang dialirkan berhubungan dengan aktifitas ion dari masing – masing logam Zn dan Ni. W total = W Zn + W Ni …………...………………………………………….. (8)

commit to user



……………...……………………………………(9)

=

+

…..…..(10)

Keterangan: W = Berat logam yang diendapkan (gram) e = (Ar/n) atau ( berat atom logam/elektron valensi logam) = aktivitas ion logam i

= Arus listrik (Ampere)

t

= waktu elektrolisa (detik)

n = elektron valensi logam F = Bilangan Faraday ( 96487) Secara teknis, berat lapisan elektroplating Zn-Ni dihitung dengan cara sebagai berikut : ∆W = W1 - W0 ...................................................... (11) Keterangan W0 = berat substrat besi sebelum elektroplating Zn-Ni W1 = berat substrat besi setelah elektroplating Zn-Ni ∆W = berat lapisan elektroplating Zn-Ni b. Uji kekerasan Kekerasan (Hardness) adalah salah satu sifat mekanik (Mechanical properties) dari suatu material. Kekerasan didefinisikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan beban identasi atau penetrasi (penekanan). Uji kekerasan dengan cara indentansi terdapat beberapa metode yang sering digunakan yaitu : metode Brinnel, metode Rockwell dan metode Vickers. Untuk mengetahui tingkat kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni digunakan uji kekerasan metode Vickers. Alat Uji kekerasan Vickers pada Gambar 7a Uji kekerasan Vickers menggunakan indentor berbentuk piramida dari bahan intan dengan sudut puncak piramida 136o, indentor vickers tersaji pada Gambar 7b (www.physicaltestsolutions.com). commit to user


digilib.uns.ac.id

b.

a. Gambar 7.a Alat uji kekerasan vickers b Indentor piramid vickers

Harga kekerasan vickers sebanding dengan berat beban indentor (p) dibagi luas permukaan bidang jejak yang diindentasi. Dirumuskan : VHN =

( 2 ) = 1,854 p ……………………………(12)

2 p Sin q d2

d2

Keterangan: VHN = Vickers Hardness Number (angka kekerasan vickers) (Kg/mm2) p = Beban indentor yang diberikan (Kg) d = Panjang diagonal jejak indentor (mm) θ = Sudut puncak piramida indentor (136O) Hasil jejek indentasi pada permukaan lapisan material berbentuk segi empat seperti pada Gambar 8.

Gambar 8. Jejak indentor vickers Indentansi sempurna akan berbentuk bujur sangkar sempurna seperti pada Gambar 9a. Kelainan dapat juga terjadi yaitu bentuk bujur sangkar cekung kedalam Gambar 9b, hal ini disebabkan oleh penyusutan logam ke dalam permukaan datar dari piramid indentor dan mengakibatkan pengukuran diagonal yang terlalu panjang (over estimate). Kelainan yang lain adalah bentuk bujur

to user pada proses pengerjaan dingin, sangkar cembung pada Gambarcommit 9c, ditemui



mengakibatkan pengukuran lebih pendek harga kekerasan meningkat. Uji kekerasan vickers dapat dilakukan pada logam dengan kekerasan yang lunak hingga logam yang paling keras yaitu pada 5 – 1500 VHN (Anggara, 2007). .

a

b

c

Gambar 9. Jenis Jejak Indentor Vickers Nilai kekerasan beberapa logam dengan 2 macam tipe pembuatan yaitu secara metalurgi dan elektrodeposisi tersaji dalam Tabel 1. Semakin tinggi angka kekerasan vikers (VHN) menunjukkan logam semakin keras (Hariyanti, 2007). Tabel 1. Nilai Kekerasan Vikers Beberapa Logam No.

Logam

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Cadmium (Cd) Krom (Cr) Kobalt (Co) Tembaga(Cu) Nikel (Ni) Seng (Zn) Timah (Sn)

Nilai Kekerasan vikers (VHN) (Kg/mm2) Proses Pembuatan Metallurgical Elektrodeposisi 30 50 350 1000 200 500 50 150 150 500 30 130 10 10

c. Difraksi Sinar-X Lapisan elektroplating Zn-Ni disusun dari deposit Zn dan Ni membentuk suatu sistem kristal logam. Kisi kristal logam terdiri atas atom logam yang terikat dengan ikatan logam. Elektron valensi dalam atom logam mudah dikeluarkan (karena energi ionisasinya yang kecil) menghasilkan kation. Bila dua atom logam saling mendekat, orbital atom terluarnya akan tumpang tindih membentuk orbital molekul. Bila atom ketiga mendekati kedua atom tersebut, interaksi antar orbitalnya terjadi dan orbital molekul baru terbentuk. Jadi, sejumlah besar orbital molekul akan terbentuk oleh sejumlah besar atom logam dan orbital molekul yang dihasilkan akan tersebar di tiga dimensi. Karena orbital atom bertumpangtindih to terluar user setiap atom akan dipengaruhi berulang-ulang, elektron-elektroncommit di kulit



oleh banyak atom lain. Elektron semacam ini tidak harus dimiliki oleh atom tertentu, tetapi akan bergerak bebas dalam kisi yang dibentuk oleh atom-atom ini. Jadi, elektron-elektron ini disebut dengan elektron bebas (Takeuci, 2006). Metode yang digunakan untuk menganalisis zat padat berupa kristal secara kualitatif dan kuantitatif adalah XRD atau difraksi sinar X. Analisa XRD merupakan metode analisa non-destruktif artinya tidak merusak atau mengubah bahan yang akan dianalisa. Difraksi sinar-X terjadi dalam suatu zat, bila jarak antar partikelpartikelnya yang tersusun teratur dan panjang gelombang cahaya yang digunakan sebanding. Gelombang terdifraksi akan saling menguatkan bila gelombangnya sefasa, tetapi akan saling meniadakan bila tidak sefasa. Bila Kristal dikenai sinarX monokromatis, akan diperoleh pola difraksi. Pola difraksi ini bergantung pada jarak antar titik kisi yang menentukan apakah gelombang akan saling menguatkan atau meniadakan.

Gambar 10. Kondisi difraksi Bragg. Andaikan panjang gelombang sinar-X adalah λ (Gambar 10). Bila selisih antara lintasan optik sinar-X yang direfleksikan oleh atom di lapisan pertama dan oleh atom yang ada di lapisan kedua adalah xy + yz = 2d sinθ, sama dengan kelipatan bulat panjang gelombang maka gelombang-gelombang itu akan saling menguatkan dan menghasilkan pola difraksi. Intensitas pola difraksi akan memberikan maksimum bila: nλ = 2dsinθ ……………………………….. (11) Persamaan ini disebut dengan kondisi Bragg Keterangan :

d

= Jarak interplanar (titik kisi)

l

= Panjang gelombang logam standar

q

= sudut kisi diffraksi sinar X commit to user



Nilai d spasing tidak dapat digunakan untuk menentukan jarak interatom dari suatu molekul, namun dapat digunakan untuk merefleksikan jarak interplanar atau jarak interlayer antar kisi-kisi atom dalam suatu material. Pengaturan atomatom tersebut dapat diinterpretasikan melalui analisa d spasing dari data diffraksi sinar X. Selain nilai d spasing, observasi tingkat kristalinitas bahan dan perubahan struktur dapat pula diketahui melalui data diffraksi sinar X. Puncak yang melebar menunjukkan kristalinitas rendah (amorf), sedangkan puncak yang meruncing menunjukkan kristalinitas yang lebih baik (Takeuci, 2006). Identifikasi senyawa yang terdapat dalam sampel dilakukan dengan cara membandingkan puncak – puncak difraksi sampel dengan puncak difraksi standar hasil konversi dari data JCPDS (Joint Committe on Powder Diffraction Standars).

B. Kerangka Pemikiran Elektroplating Zn-Ni merupakan sel elektrolisis dimana energi listrik digunakan untuk berlangsungnya suatu reaksi kimia (Dogra, 1990). Dengan diberikannya aliran arus searah dengan potensial (voltase) luar yang melebihi potensial deposisi (E

deposisi)

dari ion Zn dan Ni dalam larutan elektrolit, maka

akan terjadi transfer elektron yang mengakibatkan terjadinya reaksi redoks. Reaksi reduksi pada terjadi katoda dan reaksi oksidasi terjadi pada anoda. Reaksi yang terjadi dalam elektroplating Zn-Ni adalah: Katoda (reduksi) : Zn2+(aq)

+ 4e- → 2 Zn (s)

Ni2+ (aq) + 4e- → 2 Ni (s) 2 H+ (aq) + 4e- →

H2( g)

Anoda (Oksidasi): 2 H2O (l) → 4 H+ (aq) + O2 (g) + 4 eHubungan arus listrik (i) dan berat endapan elektrolisis (W) dirumuskan oleh Faraday yaitu: W=eit/F Untuk waktu elektrolisis yang sama (ditetapkan), berat endapan elektrolisis (W) berbanding linier terhadap arus listrik (i). Semakin besar arus listrik maka berat endapan elektrolisis akan semakin besar. Pada penelitian ini, rapat arus (J) commit to user



sebanding dengan arus listrik (i) karena luas bidang pelapisan (A) sama, sehingga semakin besar rapat arus (J) maka berat endapan elektrolisis (W) akan semakin besar. Rapat arus berhubungan dengan laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+ dan transfer elektron. Laju deposisi berpengaruh pada proses deposisi dan deposit yang terbentuk. Rapat arus yang terlalu kecil menyebabkan transfer elektron sedikit dan laju deposisi ion lambat, mengakibatkan pertumbuhan deposit belum sempurna melapisi seluruh luas bidang pelapisan. Sedangkan untuk rapat arus yang terlalu tinggi menyebabkan transfer electron banyak dan laju deposisi sangat cepat. Transfer elektron yang besar menyebabkan ion logam yang terdeposisi semakin banyak. Laju deposisi yang cepat menyebabkan deposit tidak mampu menata/mengarahkan diri ke posisi yang stabil sehingga pertumbuhan depositnya menghasilkan susunan yang tidak teratur, tidak penuh (non-packed) dan berupa deposit dengan butiran besar (bergerombol). Rapat arus yang tinggi juga mengakibatkan terbentuknya gas H2 (hasil reaksi reduksi ion H+) semakin banyak. Apabila Gas H2 teradsorp pada permukaan lapisan elektroplating Zn-Ni maka akan menghasilkan pori (lubang) dan menyebabkan lapisan tidak rata. Adanya pori tersebut menghasilkan lapisan yang rapuh. Fenomena ini disebut sebagai kerapuhan hidrogen (hydrogen embritlemen) (Purnawan, 2003). Rapat arus tinggi juga dapat menyebabkan timbulnya panas dan mengakibatkan deposit menjadi kusam dengan ditandai warna yang menghitam (Purwanto dan Huda, 2005). Kaitannya dalam penelitian ini, Pengaruh rapat arus terhadap kualitas lapisan elektroplating Zn-Ni ditinjau dari aspek karakter berat, nilai kekerasan dan tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni adalah sebagai berikut: a) Semakin besar rapat arus menghasilkan berat lapisan elektroplating Zn-Ni yang semakin besar. Akan tetapi, pada rapat arus yang besar lapisan yang dihasilkan kemungkinan rapuh dan ikatan antar deposit kurang kuat sehingga dimungkinkan pada rapat arus yang tinggi akan terjadi penurunan berat lapisan elektroplating Zn-Ni. commit to user



b) Kekerasan suatu material berhubungan dengan keteraturan penataan atom dan jenis atom penyusunnya. Dalam proses deposisi, susunan deposit yang teratur dan penuh (close-paked) akan menghasilkan lapisan yang keras. Semakin cepat penyusunan suatu sistem akan menghasilkan sesuatu yang tidak teratur. Semakin besar rapat arus menghasilkan susunan deposit yang tidak teratur dan tidak penuh (non-packed). Hal ini akan mengakibatkan semakin menurunnya tingkat kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni. Rapat arus yang menghasilkan lapisan elektroplating Zn-Ni dengan nilai kekerasan tertinggi di duga adalah pada rapat arus rendah. c) Tekstur permukaan berhubungan dengan orientasi penataan deposit dan ukuran deposit. Semakin besar rapat arus maka laju deposisi semakin besar, menghasilkan pertumbuhan deposit yang tidak teratur dan berupa deposit dengan butiran besar (bergerombol). Semakin tinggi rapat arus akan mengakibatkan tekstur menjadi kasar. Rapat arus yang menghasilkan tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni paling halus di duga adalah pada rapat arus rendah. Variasi rapat arus pada proses elektroplating Zn-Ni akan memberikan pengaruh terhadap berat, tekstur dan nilai kekerasan dimana pada rapat arus tertentu, akan diperoleh berat, tekstur dan nilai kekerasan optimum. Berdasarkan penelitian sebelumnya, rapat arus optimum pada 0,4 A/dm2 karena pada rapat arus yang lebih besar terbentuk lapisan yang kusam dan rapuh (Shivakumara et al., 2004). Lapisan elektroplating Zn-Ni dengan kualitas yang baik adalah lapisan yang telah melapisi seluruh area substrat, dengan tekstur yang halus dan tingkat kekerasan yang tinggi. Salah satu upaya meningkatkan kualitas lapisan elektroplating Zn-Ni adalah dengan menambahkan p-vanilin sebagai brightener dalam larutan elektroplating Zn-Ni. Aditif brightener berfungsi untuk mengatur pertumbuhan deposit Zn dan Ni. Mekanisme aditif brightener dalam mengatur pertumbuhan deposit pada proses elektroplating Zn-Ni adalah dengan menghambat laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+. commit to user



p-Vanilin memiliki atom donor yang memiliki pasangan elektron bebas. Ketika p-vanilin ditambahkan dalam larutan elektrolit elektroplating Zn-Ni, dengan adanya atom donor elektron memungkinkan vanilin berinteraksi dengan ion Zn2+ dan/atau Ni2+ membentuk ikatan koordinasi menghasilkan senyawa kompleks Zn-vanilin dan/atau Ni-vanilin. Dengan terbentuknya kompleks tersebut diduga dapat menurunkan laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+. Hal ini dapat terjadi karena: 1. Deposisi ion Zn2+ dan Ni2+ menuju katoda (substrat) mendapatkan rintangan/halangan sterik dari kompleks vanillin. Sehingga laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+ menjadi terhambat. 2. Kompleks vanilin dapat mengalami reaksi reduksi/terdeposisi ke katoda. Kompleks vanilin secara struktural lebih besar dari ion Zn2+ dan Ni2+, sehingga laju deposisi kompleks vanilin lebih lambat daripada laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+. Ketika pergerakan deposisi Zn2+ dan Ni2+ menjadi lambat (tidak terlalu cepat), maka deposit memiliki waktu rileks untuk menata/mengarahkan diri ke titik-titik pertumbuhan (posisi yang nyaman) pada permukaan katoda sehingga akan menghasilkan pertumbuhan deposit yang teratur, berukuran kecil (fine grain) dan menghasilkan susunan yang penuh (close packed). Dengan kata lain menghasilkan lapisan terlihat lebih cerah. Konsentrasi aditif yang ditambahkan adalah sangat sedikit antara 100 µM sampai 10 mM (Kim et al., 2004). Konsentrasi aditif p-vanillin yang ditambahkan akan mempengaruhi laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+ ke katoda. Semakin besar konsentrasi p-vanilin yang ditambahkan maka dimungkinkan laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+ akan semakin dihambat/menurun. Tetapi diduga, p-vanilin akan terjebak/terdeposis pada lapisan elektroplating Zn-Ni karena terbawa arus deposisi ion dan juga kompleks-vanilin mengalami reduksi. Adanya p-vanilin pada lapisan elektroplating Zn-Ni akan berpengaruh menurunkan kualitas lapisan elektroplating Zn-Ni yaitu: menurunkan nilai kekerasan dan memperbesar ukuran butiran deposit (kasar). commit to user



Berdasarkan penelitian sebelumnya, konsentrasi o-vanillin yang efektif menghambat laju deposisi dalam elektroplating Zn adalah pada konsentrasi 165µM (0,025 g/L) dengan hasil tekstur permukaan lapisan lebih halus, ukuran butiran deposit lebih kecil dan spektrum reflektansi tinggi (Kim et al., 2004)

C. Hipotesa Berdasarkan uraian diatas dapat diambil hipotesis/dugaan awal yaitu : 1. Semakin besar rapat arus berpengaruh a. meningkatkan berat lapisan elektroplating Zn-Ni, dengan berat optimum pada rapat arus 0,4 A/dm2. b. menurunkan tingkat kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni, dengan tingkat kekerasan lapisan yang paling keras pada rapat arus 0,2 A/dm2. c. menyebabkan tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni semakin kasar, dengan tekstur yang halus pada rapat arus 0,2 A/dm2. 2. Semakin besar konsentrasi aditif p-vanilin yang ditambahkan berpengaruh a. menurunkan berat lapisan elektroplating Zn-Ni, dengan penurunan berat paling banyak pada konsentrasi 0,020 g/L b. meningkatkan tingkat kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni, dengan peningkatan kekerasan paling tinggi pada konsentrasi 0,020 g/L. c. memperhalus tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni, dengan tekstur yang paling halus pada konsentrasi 0,020 g/L.

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Metode Penelitian Metode penelitian yang digunakan adalah metode eksperimen secara kualitatif dan kuantitatif. Penelitian ini mempelajari pengaruh rapat arus dan konsentrasi aditif p-vanilin terhadap berat, tingkat kekerasan dan tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni. B. Tempat dan Waktu Pelaksanaan Penelitian dilakukan di Bengkel Sub Lab. Fisika Laboratorium Pusat MIPA UNS, Sub Lab. Kimia Laboratorium Pusat F MIPA UNS, Laboratorium Material Teknik Mesin UNS dan Laboratorium Kimia Analitik jurusan Kimia FMIPA UGM. Penelitian dilakukan selama 9 bulan mulai dari bulan oktober 2009 sampai dengan Juni 2010. C. Alat dan Bahan 1. Alat Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : a. 1 set alat elektroplating (hand made) b. Power Supply, 5 A; 3; 4,5; 6; 7,5; 9 dan 12 V, Model: N-905 P, merk Sisson c. 3 buah Digital Multimeter merk Excel DT 9205A d. 1 buah Bak elektroplating (gelas beker 100 ml) e. Stopwatch sport timer merk Hanhart f. Neraca analitis Sartorius BP 310 S dengan spesifikasi: max = 310 g; d = 0,001 g g. Electronic Digital Caliper merk Bdq h. Microscope XSP-12 Series i. Lampu penerangan mikroskop j. Kamera digital Kodak color science 8.0 megapixels. k. Mickrohardness Tester HWMMT X 7 merk Underwood dengan TV display merk matsuzawa. l. X Ray Difraction (X-RD) Shimadzu 6000 m. Alat – alat gelas.

commit to user

29



2. Bahan Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini: a. Logam Besi (Katoda)` b. Logam platina (anoda) c. ZnSO4.7H2O p.a (Merck) d. NiSO4.6H2O p.a (Merck) e. Na2SO4 p.a (Merck) f. H3BO3 p.a (Merck) g. p-Vanilin p.a (Merck) h. NaLS p.a (Merck), i. EDTA p.a (Merck) j. Aquades k. Kertas abrasive 100; 240; 360; 500 dan1000 l. Autosol m. Aseton p.a (Merck) n. HCl p.a (Merck) o. Isolatip Elecktrical tape merk unibell D. Prosedur Penelitian 1. Persiapan Sampel Substrat Besi sebelum Elektroplating (Treatmen Pra-plating) Plat logam besi dipotong, dibuat ukuran 5 x 2,65 cm2 kemudian disebut sebagai sampel substrat. Permukaan sampel substrat dihaluskan dengan kertas abrasif yang ditempelkan pada gerinda listrik, dengan tingkat kekasaran bertingkat dari kasar ke halus. yaitu mulai dari ukuran 100; 240; 360; 500 dan 1000. Tujuannya untuk mendapatkan permukaan yang rata. Kemudian sampel dipoles dengan menggunakan autosol. Sampel substrat dilakukan penghilangan lemak, minyak dan kotoran (degreasing) dengan dibersihkan dengan kain yang telah diberi aseton. Sampel substrat dilakukan penghilangan karat ataupun oksida besi (pickling acid) dengan cara dicelupkan dalam larutan HCl 0,1 M kemudian dibilas (rinsing) dengan commit to user aquadest dan dikeringkan (Purnawan, 2003).



Permukaan sampel yang akan dilapisi, diukur dengan panjang 4 cm. Permukaan sampel substrat yang tidak dilapisi, ditutup dengan isolatif electrical tape untuk mendapatkan satu muka pelapisan. Sampel substrat ditimbang dilaporkan sebagai berat substrat besi awal (W0). 2. Pembuatan alat pengatur arus listrik (untuk arus terkontrol) Alat pengatur arus di buat untuk mengatur besarnya arus listrik yang diberikan selama proses elektroplating berlangsung. Dalam penelitian ini, rapat arus (J) yang digunakan ditetapkan 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 dan 0,6 A/dm2 dan luas permukaan pelapisan (A) ditetapkan adalah 4 cm x 2,65 cm = 10,6 cm2 = 0,106 dm2. Besarnya arus listrik yang diberikan dihitung dengan menata ulang rumus merujuk persamaan (2) menjadi: I=J.A Keterangan:

J = Rapat arus (A/dm2) I = Arus listrik (Ampere) A = Luas permukaan (dm2)

Arus yang diberikan pada proses elektroplating pada tiap rapat arus disajikan dalam Tabel Tabel 2. Perhitungan Penentuan Arus Listrik untuk Proses Elektroplating Zn-Ni No

Rapat Arus ( J )

Luas Permukaan (A)

Arus (I)

A/dm2

dm2

Ampere

1.

0,2

0,106

0,0212

2.

0,3

0,106

0,0318

3.

0,4

0,106

0,0424

4.

0,5

0,106

0,0530

5.

0,6

0,106

0,0636

Arus yang diberikan dalam proses elektroplating (Tabel 2) diatur melalui hambatan geser (yang mempunyai range nilai hambatan) dalam rangkaian dan dapat diketahui dari amperemeter. Adapun skema rangkaian disajikan dalam commit to user Gambar 11 :



Gambar 11. Skema Rangkaian Alat Pengatur Arus Listrik

Keterangan Gambar: 1. Input adalah power supply (adaptor DC) sebagai sumber arus yang berfungsi merubah arus tegangan bolak – balik (AC) menjadi arus searah (DC). 2. R1 adalah hambata geser 1 berfungsi mengatur arus yang melewati jalur dari a sampai b 3. R2 adalah hambatan geser 2 berfungsi mengatur arus yang melewati jalur dari c sampai d. 4. A1 adalah Amperemeter 1 berfungsi mengetahui besarnya arus yang lewat pada jalur dari a - b. 5. A2 adalah Amperemeter 2 berfungsi mengetahui besarnya arus yang lewat pada jalur dari c - d (arus yang diberikan ke dalam sistem larutan elektrolit). Apabila arus yang melewati jalur c - d terlalu besar, dapat dikurangi dengan menurunkan nilai hambatan geser R1. 6. V adalah Voltmeter berfungsi mengetahui besarnya beda potensial (voltase) antara anoda dan katoda. 7. Output adalah anoda (platina) dan katoda (substrat besi)

commit to user



A Gambar 12. Alat Pengatur Arus

b a. Tampak depan b. Tampak belakang

3. Pembuatan Larutan Elektroplating Zn-Ni Sebanyak 15 g ZnSO4.7H2O, 1 g NiSO4.6H2O, 6 g Na2SO4, 2 g H3BO3, 1,5 g EDTA dan 1 g NaLS dilarutkan dengan 400 mL aquades dalam gelas beker 500 ml disetai pengadukan dengan magnetik stirer agar homogen. Larutan dipindah dalam labu ukur 1 L dan dilakukan pembilasan pada gelas beker dengan aquades secara berulang kemudian dimasukkan dalam labu ukur 1 L. Selanjutnya ditambahkan aquades tepat sampai tanda batas labu ukur 1 L. Larutan elektrolit dengan penambahan p-vanilin dibuat dengan cara yang sama seperti langkah di atas, ditambahkan dengan berat dari variasi p-vanilin. Variasi p-vanilin yang ditambahkan yaitu: 0,010; 0,020 ; 0,030; 0,040 dan 0,050 g.

4. Proses Elektroplating Proses elektroplating Zn-Ni menggunakan prinsip elektrolisis sistem dua elektroda, yang terdiri dari anoda dan katoda. Substrat besi sebagai katoda, merupakan logam yang dilapisi sedangkan platina sebagai anoda. Jarak antar elektroda adalah 3 cm. Elektrolisis dilakukan selama 30 menit. Rapat arus divariasi 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 dan 0,6 A/dm2. Untuk setiap pengerjaan elektroplating Zn-Ni menggunakan 100 ml larutan elekrolit. Setelah proses elektroplating selesai, sampel substrat ditimbang dan dilaporkan sebagai berat sampel substrat besi setelah elektroplating (W1). Percobaan elektroplating dilakukan dua kali (duplo). Setting alat elektroplating dapat dilihat pada Gambar 13.

commit to user



Keterangan: 1. Power Supply DC (adaptor) ; 2. Pengatur arus (untuk arus terkontrol); 3. Amperemeter 1 ; 4. Amperemeter 2 ; 5. Voltmeter ; 6. statif ; 7. Anoda (Pt) ; 8.Katoda (plat besi) ; 9. Larutan elektrolit; 10. stopwatch.

Gambar 13. Setting alat elektroplating 5. Karakterisasi a. Berat Lapisan Elektroplating Zn-Ni Pengukuran berat lapisan elektroplating Zn-Ni dilakukan secara gravimetri menggunakan neraca analitik Sartorius BP 310 S dengan ketelitian 0,001 gram. Berat lapisan elektroplating Zn-Ni yang melapisi sampel substrat besi dihitung dengan cara: ∆W = W1 - W0 Keterangan W0 = berat sampel substrat besi sebelum elektroplating Zn-Ni W1 = berat sampel substrat besi setelah elektroplating Zn-Ni ∆W = berat lapisan elektroplating Zn-Ni Percobaan elektroplating Zn-Ni dilakukan dua kali (duplo) sehingga didapatkan berat rata-rata lapisan elektroplating Zn-Ni. b. Kekerasan Lapisan elektroplating Zn-Ni Alat yang digunakan untuk mengukur tingkat kekerasan lapisan elektroplating Zn–Ni adalah Microhardness Tester tipe Vikers. Pengujian yang dilakukan menggunakan indentor dengan beban 50 gram dan waktu pengindenan 10 detik. Indentor yang dipakai adalah piramida intan jenis Vickers (Ravindran et commit to user al., 2006).



Setiap sampel elektroplating Zn-Ni dilakukan pengujian kekerasan lapisan pada 3 titik area yang berbeda sehingga akan menghasilkan nilai kekerasan ratarata lapisan elektroplating Zn-Ni. Hasil pengujian ini didapatkan ukuran panjang diagonal jejak indentor (d). Semakin besar ukuran panjang diagonal jejak indentor (d) menunjukkan nilai kekerasan yang kecil (lunak). Nilai kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni (VHN: Vikers Hardness Number) dihitung dengan rumus: VHN =

( 2 ) = 1,854 p

2 p Sin q d2

d2

Keterangan: p = Beban indentor yang diberikan (Kg) d = Panjang diagonal jejak indentor (mm) θ = Sudut puncak piramida indentor (136O)

a.

b.

Gambar 14 a. Alat uji kekerasan Mickrohardness Tester HWMMT X 7 merk Underwood dengan TV Display merk Matsuzawa. b. Jejak indentasi uji kekerasan.

c.Tekstur Permukaan Lapisan elektroplating Zn-Ni Analisis mikroskopik permukaan lapisan elektroplating Zn-Ni ditujukan untuk mengetahui tekstur mikroskopik permukaan deposit (kualitatif) dan diameter deposit (kuantitatif). Tekstur permukaan lapisan dianalisis dengan alat mikroskop optik XSP-12 ditangkap dengan kamera digital Kodak color science 8.0 megapixels. Pengambilan foto tekstur permukaan pada bagian tengah sampel

commit to user karena mewakili luas daerah pelapisan.



1) Standarisasi alat mikroskop optik XSP-12 Standarisasi ini dilakukan untuk mengetahui tingkat perbesaran setting alat mikroskop optik XSP-12. Prinsip standarisasi ini adalah membandingkan ukuran nyata benda standar dengan ukuran benda standar hasil foto mikroskop yang diukur melalui software Adobe Photoshop CS4.

Hasil standarisasi

mikroskop optik XSP-12 disajikan pada Tabel 3 dan Gambar 15. Tabel 3. Data Standarisasi Mikroskop Optik XSP-12 No. Standar Ukuran rata-rata Ukuran rata – rata Benda standar (mm)

foto mikroskop benda standar (mm)

1.

Standar 1

0,093 + 0,012

59,967 + 0,611

2.

Standar 2

0,113 + 0,012

73,667 + 3,402

3.

Standar 3

0,127 + 0,012

83,700 + 0,917

4.

Standar 4

0,163 + 0,012

106,667 + 1,901

5.

Standar 5

0,217 + 0,012

140,567 + 0,902

Keterangan:

Standar yang digunakan adalah serabut kabel tembaga dengan berbagai ukuran. Data pengukuran standar selengkapnya terdapat pada Lampiran 5.

Ukuran foto mikroskop benda standar (mm)

Standarisasi mikroskop XSP-12 SERIES 160 120 80

y = 651.18x R² = 0.9994

40 0 0.000

0.100

0.200

0.300

Ukuran nyata benda standar (mm)

Gambar 15. Kurva standarisasi mikroskop XSP-12 series Berdasarkan Gambar 15 diperoleh persamaan linier y = 651,18 x dengan harga slope (b) menunjukkan tingkat perbesaran foto mikroskop. Hasil standarisasi commit to user menunjukkan perbesaran seting alat mikroskop adalah 651,18 kali.



Keterangan : 1. Kamera Digital ; 2. Mikroskop optik XSP-12; 3. Tempat sampel ; 4. Lampu sumber cahaya; 5. Komputer dan 6. Sumber Listrik Gambar 16. Setting alat foto tekstur permukaan 2) Pengukuran Diameter Deposit Elektroplating Zn-Ni Pengukuran diameter butiran deposit dilakukan menggunakan software adobe photoshop CS4. Dengan menata ulang persamaan hasil standarisasi menjadi x = y/ 651,18 dimana x adalah ukuran diameter butiran deposit elektroplating Zn-Ni dan y adalah ukuran diameter butiran deposit foto mikroskop hasil pengukuran dengan software adobe photoshop CS4 maka dapat diketahui ukuran diameter butiran deposit elektroplating Zn-Ni. Kemudian masing – masing sampel dikelompokan ke dalam kelas A,B,C,D dan E berdasarkan ukuran rata-rata diameter butiran. Pengelompokan dimulai dari tingkat sangat halus hingga tingkat sangat kasar. Kategori kelas tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni berdasarkan ukuran diameter butiran tersaji dalam Tabel 4. Tabel 4. Kelas Tingkat Kehalusan Tekstur Lapisan Elektroplating Zn-Ni Kelas

Keterangan

A

Sangat halus

0,1

–

1,49

B

halus

1,5

–

2,99

C

agak kasar

3,0

–

4,49

D

kasar

4,5

–

5,99

E

commit Sangat kasarto user

Ukuran butiran ( µm )

>6



d. Difraksi Sinar-X lapisan elektroplating Zn-Ni Karakterisasi ini dilakukan dengan tujuan untuk identifikasi senyawa yang terbentuk dalam lapisan elektroplating Zn-Ni. Tidak semua sampel lapisan elektroplating Zn-Ni dianalisis dengan XRD, tetapi hanya mengambil beberapa sampel yaitu: sampel elektroplating Zn-Ni tanpa penambahan p-vanilin pada rapat arus 0,4 A/dm2 dan sampel elektroplating Zn-Ni dengan aditif p-vanilin 0,030 pada rapat arus 0,4 A/dm2. Sampel lapisan elektroplating Zn-Ni dianalisis dengan alat X Ray Difraction (X-RD) Shimadzu 6000, dengan kondisi pengukuran sebagai berikut: sumber sinar-X dari lampu tabung dengan logam target Cu (1,54060 oA); voltase = 40,0 kV; arus = 30,0 mA, scan range 2θ = 10o – 100o; scan mode = continous scan; scan speed = 5 (deg/min); preset time = 0,24 sec.

E. Teknik Pengumpulan Data Penelitian yang dilakukan melibatkan variabel bebas (X) dan variabel terikat (Y). Variabel terikat atau variabel respon adalah variabel yang terjadi/hasil dari variabel bebas. Variabel bebas dalam penelitian ini adalah: Xa = variasi konsentrasi p-vanilin dan Xb = variasi rapat arus Sedangkan data yang diperoleh dari hasil penelitian adalah variabel terikat yaitu: Ya = Berat lapisan hasil elektroplating Zn – Ni (mg) Yb = Nilai kekerasan lapisan elektroplating Zn – Ni (VHN) Yc = Diameter butiran deposit elektroplating Zn – Ni (µm) dan untuk analisis dengan instrumen XRD didapatkan data difraktogram. Pengumpulan data diberikan dalam Tabel 5 berikut:

commit to user



Tabel 5. Model Tabulasi Teknik Pengumpulan Data No

Set

Variabel Bebas Xa konsentrasi p-vanilin (g/L)

1. 2.

Kontrol Eksperime n

Ya berat lapisan (mg)

Xb variasi rapat arus Terikat Yb Yc nilai diameter kekerasan butiran (µm) (VHN)

0 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050

Keterangan: Set kontrol adalah pada X = 0 (tanpa penambahan p-vanilin) Set eksperimen adalah variasi penambahan p-vanilin dengan Xa1 sampai dengan Xa5 berturut-turut adalah 0,010; 0,020; 0,030; 0,040 dan 0,050 g/L dan variasi rapat arus dengan Xb1 sampai dengan Xb5 berturut-turut adalah 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 dan 0,6 A/dm2. F. Teknik Analisis Data 1. Identifikasi senyawa dalam lapisan elektroplating Zn-Ni dari data difraktogram XRD Identifikasi senyawa dilakukan dengan cara membandingkan sudut difraksi (2θ) dan intensitas data difraktogram XRD sampel dengan sudut difraksi (2θ) dan intensitas dari data JCPDS (Joint Committe on Powder Diffraction Standars). Kemudian puncak-puncak yang spesik setiap difraktogram dari sampel dibuat tabel hubungan intensitas (I) dengan 2θ.

2. Pengaruh rapat arus terhadap karakter lapisan elektroplating Zn-Ni Analisis data pada penelitian ini dengan membuat tabel antara Xb, Ya, Yb, dan Yc.

commit to user



Tabel 6. Bentuk Tabulasi Analisis Data Pengaruh Rapat Arus terhadap Karakter Lapisan Elektroplating Zn-Ni Xb variasi rapat arus (A/dm2)

Xa konsentrasi p-vanilin (g/L) Ya Yb Yc berat lapisan (mg) nilai kekerasan diameter butiran (VHN) (µm)

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Selanjutnya dilakukan analisis trendline dari program excel dengan cara dibuat grafik hubungan Ya terhadap Xb, Yb terhadap Xb, Yc terhadap Xb. Analisis trendline digunakan untuk mengetahui seberapa besar tingkat hubungan antara variabel bebas (X) dan variabel terikat (Y) dengan melihat nilai faktor R. Apabila nilai R sama dengan satu ataupun mendekati satu maka hubungan antara X dan Y sangat dekat/berpengaruh. Selain itu juga dapat dilihat trend dari hubungan antara X dan Y, apakah meningkat ataupun menurun. Sehingga dapat diketahui pengaruh rapat arus terhadap berat, ukuran diameter butiran deposit dan nilai kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni. 3. Pengaruh aditif p-vanilin terhadap karakter lapisan elektroplating Zn-Ni Analisis data pada penelitian ini dengan menggunakan selisih set eksperimen dengan set kontrol pada variabel – variabel terikat dan bebas, dengan rumus ∆ Xa = Xai - Xao dan ∆ Y = Yi - Yo Fungsi set kontrol adalah untuk harga dasar. Kemudian dibuat tabel analisis data seperti tersaji dalam Tabel 7. Tabel 7. Bentuk Tabulasi Analisis Data Pengaruh Aditif p-Vanilin terhadap Karakter Lapisan Elektroplating Zn-Ni ∆ Xa (g/L) 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050

∆ Ya (mg)

commit to user

∆ Yb (VHN)

∆ Yc (µm)



Selanjutnya dilakukan juga analisis trendline dari data yang dihasilkan dengan cara dibuat grafik hubungan ∆ Ya terhadap ∆ Xa, grafik hubungan ∆ Yb terhadap ∆ Xa, dan grafik hubungan ∆ Yc terhadap ∆ Xa. Tujuannya untuk mengetahui pengaruh aditif p-vanilin terhadap berat, nilai kekerasan lapisan dan ukuran diameter butiran deposit elektroplating Zn-Ni.

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

A.

Hasil Penelitian

Penelitian tentang pengaruh rapat arus dan aditif p-vanilin terhadap kualitas lapisan elektroplating Zn-Ni merupakan penelitian yang bersifat kualitatif dan kuantitatif. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi rapat arus dan konsentrasi aditif p-vanilin terhadap berat, nilai kekerasan dan tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni. Rapat arus dan konsentrasi aditif p-vanilin sebagai variabel bebas sedangkan berat, diameter ukuran deposit, nilai kekerasan sebagai variabel terikat. Variasi rapat arus yang digunakan adalah 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 dan 0,6 A/dm2 dan variasi konsentrasi aditif p-vanilin adalah tanpa p-vanilin; 0,010; 0,020; 0,030; 0,040 dan 0,050 g/L. Data yang dihasilkan dari penelitian ini meliputi berat, nilai kekerasan, diameter ukuran deposit dan difraktogram XRD lapisan elektoplating Zn-Ni. Data berat lapisan, data nilai kekerasan, data ukuran butiran deposit lapisan elektroplating Zn-Ni dan data difraktogram XRD terlampir pada lampiran 4, 6, 7 dan 14. Dari data tersebut, kecuali difraktogram XRD dihitung nilai rata-rata dan dengan nilai standar deviasi + 2 Sd. Data rata-rata dengan standar deviasi, disusun dalam Tabel Tabulasi Pengumpulan Data tersaji dalam Tabel 8 dengan format tabel mencakup set percobaan, variabel konsentrasi aditif p-vanilin dalam satuan g/L, rapat arus dalam satuan A/dm2 dan data rata – rata hasil percobaan dengan data standar deviasi + 2 Sd. Gambar foto tekstur permukaan lapisan elektroplating Zn-Ni disajikan pada Gambar 17a, 17b dan 17c. Selanjutnya untuk analisis data, dibuat grafik hubungan antara variabel bebas (rapat arus dan konsentrasi aditif pvanillin) terhadap masing – masing variabel terikat (berat lapisan, ukuran dimeter butiran deposit dan nilai kekerasan lapisan) kemudian dilakukan analisis trendline, sehingga dapat diamati pengaruh dari variasi rapat arus dan konsentrasi aditif pvanillin. Untuk data difraktogram XRD sampel elektroplating Zn-Ni dan standar JCPDS disajikan dalam Gambar 18. commit to user

42

Tabel 8. Data Rata – rata Karakterisasi Lapisan Elektroplating Zn-Ni No

Set

Variabel Bebas konsentrasi p-vanilin (g/L)

2

Rapat arus 0,2 A/dm Terikat berat lapisan nilai kekerasan diameter (mg) (VHN) butiran (µm) 16,00 + 0,00 145,84 + 4,76 4,00 + 0,96

Rapat arus 0,3 A/dm2 Terikat berat lapisan nilai kekerasan diameter (mg) (VHN) butiran (µm) 24,50 + 4,24 125,83 + 12,95 3,11 + 1,06

1.

Kontrol

0

2.

Eksperimen

0,010

13,00 + 0,00

174,81 + 22,27

4,53 + 1,24

18,50 +

4,24

153,20 + 20,95

2,43 + 0,70

0,020

9,50 + 1,41

140,12 + 25,44

5,08 + 1,46

17,00 +

2,83

132,60 + 19,82

2,89 + 0,70

0,030

11,00 + 0,00

157,75 + 6,12

4,99 + 1,40

17,50 +

1,41

128,14 + 13,43

3,31 + 0,97

0,040

12,50 + 1,41

180,10 + 11,89

4,68 + 1,22

18,00 +

2,83

146,09 + 35,07

4,54 + 1,70

0,050

13,50 + 1,41

190,37 + 13,01

2,57 + 0,78

21,50 +

1,41

162,59 + 14,79

2,98 + 1,05

No

Set

Variabel Rapat arus 0,4 A/dm Terikat berat lapisan nilai kekerasan diameter (mg) (VHN) butiran (µm)

Rapat arus 0,5 A/dm2 Terikat berat lapisan nilai kekerasan diameter (mg) (VHN) butiran (µm)

0

28,00+ 5,66

110,37 + 7,73

4,16 + 1,00

35,00 + 5,66

108,65 + 6,66

5,68 + 1,63

0,010

24,00+ 2,83

121,92 + 6,14

3,51 + 1,19

29,00 + 2,83

107,42 + 12,40

5,37 + 2,14

0,020

24,00+ 2,83

118,52 + 6,36

3,74 + 1,09

27,50 + 1,41

109,07 + 1,97

6,10 + 1,57

0,030

24,00+ 2,83

121,10 + 15,04

4,61 + 1,51

30,00 + 5,66

103,71 + 4,51

5,96 + 2,33

0,040

25,00+ 0,00

126,36 + 13,55

6,16 + 1,72

29,00 + 2,83

104,08 + 12,65

5,48 + 1,54

0,050

27,00+ 2,83

137,05 + 22,01

4,35 + 1,35

29,50 + 4,24

116,40 + 4,31

5,47 + 1,39

Bebas konsentrasi p-vanilin (g/L)

1.

Kontrol

2.

Eksperimen

2

43

No

Set Bebas konsentrasi p-vanilin (g/L)

1.

Kontrol

2.

Eksperimen

Variabel Rapat arus 0,6 A/dm2 Terikat berat lapisan nilai kekerasan diameter (mg) (VHN) butiran (µm)

0

33,50 + 4,24

-

13,00 + 5,66

-

0,010 0,020

12,50 + 4,24

-

-

0,030

18,50 + 1,41

-

-

0,040

18,50 + 7,07

-

-

23,50 + 4,24

-

-

0,050

-

Keterangan :

a) Set kontrol adalah tanpa penambahan aditif p-vanilin. b) pada rapat arus 0,6 A/dm2 tidak dilakukan uji kekerasan dan pengukuran diameter butiran, karena lapisan yang terbentuk rapuh dan rontok.

44

Konsentrasi p-vanilin (g/L)

Rapat arus 0,2 A/dm2




- Warna agak cerah - Butiran agak kasar (C)

- Warna agak cerah - Butiran agak kasar (C)

- Warna agak kusam - Butiran agak kasar (C)

- Warna kusam - Butiran kasar (D)

- Warna cerah - Butiran kasar (D)

- Warna cerah - Butiran halus(B)

- Warna agak kusam - Butiran agak kasar (C)


Tanpa p-vanilin

Keterangan

0,010

Keterangan

Gambar 17a. Foto Tekstur Permukaan Sampel Elektroplating Zn-Ni tanpa aditif p-vanilin dan 0,010 g/L p-vanilin (pada variasi rapat arus 0,2; 0,3; 0,4 dan 0,5 A/dm2)

45






0,020

Keterangan


- Warna cerah - Butiran halus (B)

- Warna cerah - Butiran agak kasar (C)

- Warna agak kusam - butiran sangat kasar (E)


- Warna cerah - Butiran agak kasar (C)



0,030

Keterangan

Gambar 17b. Foto Tekstur Permukaan Sampel Elektroplating Zn-Ni dengan aditif p-vanilin 0,020 dan 0,030 g/L (pada variasi rapat arus 0,2; 0,3; 0,4 dan 0,5 A/dm2)

46






0,040

Keterangan

- Warna cerah - Butiran agak kasar (D)

- Warna kusam - Butiran agak kasar (D)

- Warna cerah - Butiran sangat kasar (E)


- Warna cerah - Butiran halus(B)

- Warna cerah - Butiran halus (B)

- Warna agak kusam - Butiran agak kasar(C)

- Warna kusam - Butiran kasar(D)

0,050

Keterangan

Gambar 17c. Foto Tekstur Permukaan Sampel Elektroplating Zn-Ni dengan aditif p-vanilin 0,040 dan 0,050 g/L (pada variasi rapat arus 0,2; 0,3; 0,4 dan 0,5 A/dm2)

47



B. Pembahasan 1. Identifikasi Senyawa yang Terbentuk dalam Lapisan Elektroplating Zn-Ni Identifikasi struktur kristal yang ada dalam sampel elektroplating Zn-Ni dengan cara membandingkan sudut difraksi (2θ) dan intensitas sampel dengan sudut difraksi (2θ) dan intensitas dari data JCPDS (Joint Committe on Powder Diffraction Standars). Kemudian puncak-puncak yang spesik setiap difraktogram dari sampel dibuat tabel hubungan intensitas (I) dengan 2θ. Data difraktogram sampel dan standar JCPDS dapat dilihat pada Gambar 18 dan untuk tabel hubungan intensitas (I) dengan 2θ puncak difraksi disajikan dalam Tabel 9.

Gambar 18. Difraktogram sampel lapisan elektroplating Zn-Ni to sama user 0,4 A/dm2) (pada rapat commit arus yang



Tabel 9. Identifikasi Senyawa Lapisan Elektroplating Zn-Ni dari Difraktogam XRD Sampel

Puncak

2θ

Intensitas

Lapisan Zn-Ni tanpa p-vanilin

a b c d e f g h i a b c d e f g h i

33,6766 37,3036 39,4649 43,8172 45,1798 55,1417 71,0572 82,6958 87,0009 36,1239 38,3167 42,6734 44,0370 54,0350 70,0083 70,3200 85,9955 87,9005

9 39 38 100 32 13 17 20 8 34 40 100 34 13 18 10 9 5

Lapisan Zn-Ni dengan 0,030 g/L p-vanilin

d spacing sampel standar (JCPDS) 2,6592 2,6640 2,4086 2,4190 2,2815 2,3000 2,0644 2,0900 2,0053 1,9950 1,6643 1,6870 1,3256 1,3267 1,1660 1,1729 1,1190 1,1103 2,4845 2,4730 2,3472 2,3080 2,1171 2,1180 2,0546 2,0334 1,6957 1,6870 1,3428 1,3420 1,3377 1,3320 1,1295 1,1316 1,1099 1,1103

hkl

10 2 0 13 1 1 004 101 542 102 110 112 201 002 100 13 1 3 011 102 103 110 112 201

Senyawa Hasil Identifikasi berdasarkan JCPDS NiZn3 JCPDS 47-1019 NiZn3 JCPDS 47-1019 δ-Ni3 Zn22 JCPDS 10-0209 NiZn JCPDS 06-067 NiZn3 JCPDS 47-1019 Zn JCPDS 04-0831 Ni JCPDS 45-1027 Zn JCPDS 04-0831 Ni JCPDS 45-1027 Zn JCPDS 04-0831 Zn JCPDS 04-0831 NiZn3 JCPDS 47-1019 Ni JCPDS 45-1027 Zn JCPDS 04-0831 Zn JCPDS 04-0831 Zn JCPDS 04-0831 Ni JCPDS 45-1027 Ni JCPDS 45-1027

Berdasarkan hasil identifikasi (Tabel 9) senyawa berdasarkan data JCPDS (Joint Committe on Powder Diffraction Standars), senyawa yang teridentifikasi dalam lapisan elektroplating Zn-Ni diantaranya adalah : a) Lapisan Zn-Ni tanpa aditif p-vanillin adalah : NiZn3, δ-Ni3Zn22, NiZn, Zinc dan Nickel. b) Lapisan Zn-Ni dengan 0,030 g/L aditif p-vanillin adalah : Zinc, NiZn3 dan Nickel. Hasil analisis dengan XRD menunjukkan bahwa sampel tanpa p-vanilin dan dengan penambahan 0,030 g/L p-vanilin menunjukkan terbentuknya struktur kristal Zn-Ni. Struktur kristal Zn-Ni pada lapisan elektroplating Zn-Ni tanpa pvanilin lebih beragam dari pada lapisan elektroplating Zn-Ni dengan penambahan 0,030 g/L p-vanilin. Selain itu, berdasarkan puncak dengan intensitas tertinggi dari kedua difraktogram, difraktogram dengan penambahan 0,030 g/L p-vanilin mengalami pergeseran nilai 2θ menjadi lebih kecil daripada tanpa aditif p-vanillin. Hal ini mengindikasikan bahwa adanya p-vanilin berpengaruh terhadap proses penyusunan atom logam Zn dan Ni membentuk struktur kristal dalam lapisan commit to user elektroplating Zn-Ni.



2. Pengaruh Variasi Rapat Arus Terhadap Karakter Lapisan Elektroplating Zn-Ni a. Pengaruh Rapat Arus Terhadap Berat Lapisan Elektroplating Zn-Ni Pengaruh rapat arus terhadap berat lapisan elektroplating Zn-Ni dianalisa melalui grafik hubungan berat lapisan elektroplating Zn-Ni terhadap rapat arus pada berbagai variasi konsentrasi aditif p-vanilin ditunjukkan pada Gambar 19. Tanpa p-vanilin

Berat Lapisan Elektroplating Zn-Ni (mg)

40

Penambahan 0,010 g/L pvanilin Penambahan 0,020 g/L pvanilin Penambahan 0,030 g/L pvanillin Penambahan 0,040 g/L pvanilin Penambahan 0,050 g/L pvanilin Linear (Tanpa p-vanilin)

30

20

10

0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Linear (Penambahan 0,010 g/L p-vanilin) Linear (Penambahan 0,020 g/L p-vanilin) Linear (Penambahan 0,030 g/L p-vanillin) Linear (Penambahan 0,040 g/L p-vanilin) Linear (Penambahan 0,050 g/L p-vanilin)

Rapat Arus (A/dm2) Gambar 19. Grafik hubungan berat lapisan elektroplating Zn-Ni terhadap rapat arus pada berbagai variasi konsentrasi aditif p-vanilin Analisa

trendline

(Gambar

19)

grafik

hubungan

berat

lapisan

elektroplating Zn-Ni terhadap rapat arus menunjukkan trend peningkatan linier pada rapat arus 0,2 sampai 0,5 A/dm2 yang berarti bahwa semakin besar rapat arus (dari 0,2 sampai 0,5 A/dm2) menghasilkan berat lapisan elektroplating Zn-Ni yang semakin besar untuk semua variasi konsentrasi p-vanilin. Hal tersebut sesuai dengan hukum Faraday W = eit/nF. Pada penelitian ini waktu elektroplating (t) untuk semua sampel sama 30 menit dan arus listrik (i) berbanding linier dengan rapat arus (J) karena luas permukaan bidang elektroplating (A) untuk semua sampel adalah sama. Oleh karena itu, berat lapisan Zn-Ni (W) berbanding linier terhadap rapat arus (J) (pada rapat arus 0,2 – 0,5 A/dm2). Sedangkan untuk rapat arus 0,6 A/dm2 berat lapisan mengalami penurunan karena lapisan elektroplating commit to user Zn-Ni yang terbentuk rapuh dan rontok.



Konstanta a, b dan faktor R dari persamaan linier hubungan berat lapisan elektroplating Zn-Ni terhadap rapat arus (pada rapat arus 0,2 – 0,5 A/dm2) dengan berbagai variasi konsentrasi aditif vanilin ditunjukkan pada Tabel 10. Tabel 10.Konstanta a,b dan R Trendline Persamaan Linier Hubungan Berat Lapisan Elektroplating Zn-Ni Terhadap Rapat Arus (pada rapat arus 0,2 – 0,5 A/dm2) dengan Berbagai Variasi Konsentrasi Aditif p-Vanilin R2 faktor

R Factor

60,5

0,9777

0,9888

53,5

0,9995

0,9997

-1,85

61

0,9766

0,9882

0,030

-1,6

63,5

0,9996

0,9998

0,040

1,35

56,5

0,9902

0,9951

0,050

4,15

53,5

0,9497

0,9745

[p-vanilin] (g/L)

konstanta a

tanpa p-vanillin

4,7

0,010

2,4

0,020

konstanta b

Nilai faktor koreksi R pada Tabel 10 dari masing – masing variasi pvanilin mendekati 1 (satu), menunjukkan pola trend linier pada rapat arus 0,2 – 0,5 A/dm2 yang berarti pada rapat arus 0,2 – 0,5 A/dm2 memberikan pengaruh yang linier terhadap berat lapisan elektroplating Zn-Ni. Perbandingan nilai berat lapisan elektroplating Zn-Ni antara perhitungan berdasarkan hukum Faraday dengan hasil percobaaan disajikan dalam Tabel 11. Tabel 11. Data Perbandingan Berat lapisan Elektroplating Zn-Ni Secara Perhitungan dan Percobaan No.

keterangan 0,2 A/dm2

1. 2.

Perhitungan Percobaan a. Tanpa p-vanilin b. 0,010 g/L pvanillin c. 0,020 g/L pvanillin d. 0,030 g/L pvanillin e. 0,040 g/L pvanillin f. 0,050 g/L pvanillin

Berat lapisan elektroplating Zn-Ni (mg) Variasi Rapat Arus 0,3 A/dm2 0,4 A/dm2 0, 5 A/dm2

0,6 A/dm2

13,051

19,576

26,102

32,628

39,153

16,00

24,50

28,00

35,00

33,50

13,00

18,50

24,00

29,00

13,00

9,5

17,00

24,00

27,50

12,50

11,00

17,50

24,00

30,00

18,50

12,50

18,00

25,00

29,00

18,50

13,50

21,50

27,00

29,50

23,50

commit to user



Perhitungan berat lapisan elektroplating Zn-Ni berdasarkan hukum Faraday tersaji pada Lampiran 3. Perhitungan yang dilakukan tanpa memasukkan aktivitas dari p-vanilin, hal ini dikarenakan tidak diketahuinya derajat disosiasi pvanilin didalam larutan elektrolit elektroplating Zn-Ni. Berdasarkan Tabel 11, perbedaan nilai berat lapisan elektroplating Zn-Ni antara percobaan dan perhitungan tidak terlalu menyimpang jauh, kecuali pada rapat arus 0,6 A/dm2 menunjukkan berat lapisan elektroplating Zn-Ni yang lebih rendah dari hasil perhitungan untuk semua variasi konsentrasi vanilin. Penurunan berat lapisan elektroplating Zn-Ni pada rapat arus 0,6 A/dm2 diakibatkan karena laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+ yang cepat. Laju deposisi yang cepat mengakibatkan penataan deposit kurang teratur menghasilkan struktur yang tidak penuh (non-packed). Struktur ini menghasilkan ikatan antar deposit kurang kuat. Selain laju deposisi yang cepat, pada rapat arus yang besar mengakibatkan pembentukan gas H2 (hasil reduksi H+) semakin banyak. Adanya gas H2 yang teradsorp

pada

katoda

mengakibatkan

terbentuknya

pori

pada

lapisan

elektroplating Zn-Ni. Fenomena ini sering disebut hydrogen embritlement (kerapuhan hidrogen). Sebagai akibatnya lapisan deposisi yang terbentuk rapuh. Lapisan deposisi yang tidak terikat kuat dan rapuh, mengakibatkan lapisan tersebut akan mudah lepas dan rontok pada dasar bak elektroplating. Hasil pengamatan terbentuknya gas pada proses elektroplating Zn-Ni pada rapat arus 0,6 A/dm2 dengan aditif vanilin 0,050 g/L dapat dilihat pada Gambar 20.

Gambar 20. Terbentuknya gas pada proses elektroplating Zn-Ni 2 pada rapat arus 0,6 A/dm dengan aditif p-vanilin 0,050 g/L. commit to user



Hasil penelitian menunjukkan ternyata dengan rapat arus yang besar, tidak selalu menghasilkan berat lapisan yang besar. Hal ini terbukti pada rapat arus 0,6 A/dm2, berat lapisan elektroplating Zn-Ni menjadi menurun karena terbentuk lapisan yang rapuh dan rontok. b. Pengaruh Rapat Arus Terhadap Nilai Kekerasan Lapisan Elektroplating Zn-Ni Pengaruh rapat arus terhadap nilai kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni dianalisa melalui grafik hubungan nilai kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni terhadap rapat arus pada berbagai variasi konsentrasi aditif p-vanilin, ditunjukkan pada Gambar 21. Tanpa p-vanillin

Nilai Kekerasan Lapisan elektroplating Zn-Ni (VHN)

200

0,010 g/L pvanillin 0,020 g/L pvanillin 0,030 g/L pvanillin 0,040 g/L pvanillin 0,050 g/L pvanillin Linear (Tanpa pvanillin) Linear (0,010 g/L p-vanillin) Linear (0,020 g/L p-vanillin) Linear (0,030 g/L p-vanillin) Linear (0,040 g/L p-vanillin) Linear (0,050 g/L p-vanillin)

180 160 140 120 100 80 0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Rapat Arus (A/dm2) Gambar 21. Grafik hubungan nilai kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni terhadap rapat arus pada berbagai variasi konsentrasi aditif p-vanilin Gambar 21 menunjukkan trendline linier dengan pola penurunan. Semakin besar rapat arus (pada rapat arus 0,2 sampai 0,5 A/dm2) menyebabkan nilai kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni semakin menurun untuk semua variasi konsentrasi aditif p-vanilin. Penurunan nilai kekerasan ini dapat disebabkan commit to user karena: pertama, semakin besar rapat arus menyebabkan laju deposisi ion Zn2+



dan Ni2+ semakin cepat, sehingga meghasilkan penataan deposit Zn dan Ni menjadi semakin tidak teratur dan tidak penuh (non-packed). Contoh susunan struktur non-packed dan struktur close packed berdasarkan hoogenboom. et al (2003) dan wulff. et al (1964) disajikan dalam Gambar 22a dan 22b.

a.

b. Gambar 22a. Struktur Non-packed b. Struktur Close-packed

Struktur non-packed menghasilkan susunan atom yang tidak teratur (acak) dan terbentuk rongga-rongga, sedangkan untuk struktur close-packed susunan atomnya lebih teratur dan penuh. Susunan struktur non-packed, apabila diuji tingkat

kekerasannya

menghasilkan

nilai

kekerasan

yang

lebih

lunak

dibandingkan struktur close-packed. Kedua, semakin besar rapat arus mengakibatkan terbentuknya gas H2 (hasil reduksi ion H+) pada katoda semakin banyak. Gas H2 tersebut dapat teradsorp/terjebak pada lapisan elektroplating Zn dan Ni, sehingga menimbulkan pori-pori pada lapisan elektroplating Zn-Ni. Dengan adanya pori-pori pada lapisan elektroplating Zn-Ni mengakibatkan tingkat kekerasan lapisan elektroplating ZnNi menjadi menurun/lunak. Apabila Nilai kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni dihubungkan dengan dengan berat lapisan elektroplating Zn-Ni, mempunyai hubungan yang berbanding terbalik. Semakin besar rapat arus (0,2 – 0,5 A/dm2) maka semakin besar berat lapisan elektroplating Zn-Ni tetapi kekerasan semakin menurun. Hal ini dapat dianalisa kemungkinan dipengaruhi oleh ketebalan lapisan elektroplating Zn-Ni. Semakin besar rapat arus (pada rapat arus 0,2 - 0,5 A/dm2) menghasilkan berat lapisan yang besar. Karena luas permukaan semua sampel sama maka

commit to lapisan user semakin tebal. Semakin tebal peningkatan berat lapisan mengakibatkan



lapisan didukung dengan terbentuknya pori dari adanya gas H2 yang teradsorp/terjebak pada lapisan elektroplating Zn-Ni dimungkinkan dapat menyebabkan semakin menurunya nilai kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni. Berdasarkan analisa data, rapat arus yang menghasilkan kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni tertinggi adalah pada rapat arus 0,2 A/dm2. c. Pengaruh Rapat Arus Terhadap Tekstur Lapisan elektroplating Zn-Ni Pengaruh rapat arus terhadap tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni dianalisa melalui grafik hubungan diameter butiran lapisan elektroplating Zn-Ni terhadap rapat arus pada berbagai variasi konsentrasi aditif p-vanilin, ditunjukkan pada Gambar 23. Tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni disajikan dalam Gambar 17a, 17b dan 17c. Diameter Butiran Deposit elektroplating Zn-Ni (µm)

7.00

Tanpa p-vanillin 0,010 g/L p-vanillin

6.00

0,020 g/L p-vanillin 0,030 g/L p-vanillin

5.00

0,040 g/L p-vanillin 0,050 g/L p-vanillin

4.00 Linear (Tanpa p-vanillin) Linear (0,010 g/L p-vanillin)

3.00

Linear (0,020 g/L p-vanillin) Linear (0,030 g/L p-vanillin)

2.00 0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Rapat Arus (A/dm2)

0.6

Linear (0,040 g/L p-vanillin) Linear (0,050 g/L p-vanillin)

Gambar 23. Grafik hubungan diameter butiran deposit elektroplating Zn-Ni terhadap rapat arus pada berbagai variasi konsentrasi aditif p-vanilin Ukuran diameter butiran deposit dapat menunjukkan tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni karena semakin besar ukuran diameter butiran menunjukkan tekstur yang semakin kasar. commit to user


56 digilib.uns.ac.id

Berdasarkan Gambar 23, pada rapat arus 0,3 - 0,5 A/dm2 menunjukkan trend peningkatan linier untuk semua variasi konsentrasi aditif p-vanilin, yang berarti semakin besar rapat arus (0,3 - 0,5 A/dm2) menghasilkan ukuran diameter butiran deposit elektroplating Zn-Ni yang semakin besar atau mengakibatkan tekstur menjadi semakin kasar. Hal tersebut dapat dianalisa karena semakin besar rapat arus (pada rapat arus 0,3 - 0,5 A/dm2) menyebabkan laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+ menjadi semakin besar. Laju deposisi yang besar menghasilkan penataan deposit menjadi semakin tidak teratur dan deposit bergerombol membentuk deposit yang besar, sebagai akibatnya teksturnya menjadi semakin kasar. Rapat arus 0,2 sampai 0,3 A/dm2 untuk variasi konsentrasi: tanpa pvanilin; 0,010; 0,020 dan 0,030 g/L p-vanilin menunjukkan trend penurunan. Hal ini dikarenakan pada rapat arus 0,2 A/dm2 terdapat beberapa deposit yang menunjukkan ukuran diameter butiran deposit lebih besar daripada rapat arus 0,3 A/dm2. Fenomena tersebut menurut Glasstone (1962) dan Hiskia (1992) disebabkan karena pada rapat arus yang rendah (0,2 A/dm2), ion logam mempunyai laju deposisi yang rendah. Pada keadaan tersebut pertumbuhan kristal akan lebih besar daripada kecepatan deposisi atom logam ke katoda. Atau dengan kata lain, sebelum terdeposisi pada katoda, interaksi antar atom - atom logam lebih cenderung berikatan membentuk susunan kristal sebagai akibatnya deposit yang terbentuk mempunyai ukuran yang besar dan tekstur menjadi kasar. Untuk konsentrasi aditif p-vanilin 0,040 dan 0,050 g/L vanilin pada rapat arus 0,2 A/dm2 ukuran butiran deposit tetap lebih kecil dari pada rapat arus 0,3 A/dm2. Hal ini dapat dianalisa karena interaksi antar atom logam untuk membentuk deposit dengan susunan kristal kemungkinan cenderung lebih sedikit terjadi. Hal tersebut karena adanya p-vanilin yang banyak menjadikan sistem larutan elektrolit menjadi meruah (bulk) akibatnya p-vanilin dapat menghalangi interaksi antar atom logam membentuk deposit dengan susunan kristal atau dapat juga ion logam cenderung berikatan koordinasi dengan p-vanilin membentuk kompleks vanilin. Rapat arus yang menghasilkan tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni yang commit 2 halus adalah pada rapat arus 0,3 A/dm . to user



3. Pengaruh

Konsentrasi Aditif p-Vanilin Terhadap

Karakter Lapisan Elektroplating Zn-Ni a. Pengaruh Konsentrasi Aditif p-Vanilin terhadap Berat Lapisan Elektroplating Zn-Ni Pengaruh konsentrasi aditif p-vanilin dianalisa dengan melalui dua pendekatan. Pertama, analisa melalui grafik hubungan ∆ Ya terhadap ∆ Xa, ditunjukkan pada Gambar 24a. Perhitungan nilai ∆ Ya dan ∆ Xa disajikan pada Lampiran 9. Analisa kedua, melalui grafik hubungan nilai berat lapisan elektroplating Zn-Ni per rapat arus terhadap konsentrasi p-vanilin, ditunjukkan pada Gambar 24b. Nilai berat lapisan elektroplating per rapat arus adalah nilai slope (b) persamaan linier hubungan berat lapisan elektroplating Zn-Ni terhadap rapat arus pada berbagai variasi konsentrasi p-vanilin merujuk pada Tabel 10. 0.00 0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

∆ Ya (mg)

-5.00 -10.00 -15.00 -20.00 -25.00

∆ Xa (g/L)

Rapat arus 0,2 A/dm2 Rapat Arus 0,3 A/dm2 Rapat Arus 0,4 A/dm2 Rapat Arus 0,5 A/dm2 Rapat Arus 0,6 A/dm2 Linear (Rapat arus 0,2 A/dm2) Linear (Rapat Arus 0,3 A/dm2) Linear (Rapat Arus 0,4 A/dm2)

Nilai Berat Lapisan elektroplating Zn-Ni per Rapat Arus

Keterangan: ∆ Ya :Selisih berat lapisan elektroplating Zn-Ni antara set eksperimen (variasi konsentrasi p-vanillin) dengan set kontrol (tanpa aditif p-vanillin) (mg) ∆ Xa :Selisih konsentrasi aditif p-vanilin antara set eksperimen dengan set kontrol (g/L) a. 70 65 60 55 50 45 40

Berat lapisan per Rapat Arus y = 500x + 49,333 R² = 0,9231

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

y = -500x + 77,833 R² = 0,9494

Konsentrasi aditif p-vanilin (g/L)

b.

Gambar 24a. Grafik hubungan ∆ Ya terhadap ∆Xa pada berbagai variasi rapat arus b. Grafik hubungan berat lapisan elektroplating Zn-Ni commit to user aditif p-vanilin per rapat arus terhadap konsentrasi


1).


Analisa berdasarkan grafik hubungan ∆ Ya terhadap ∆Xa pada berbagai variasi rapat arus (Gambar 24a) Analisa pola trendline Gambar 24a, untuk masing – masing variasi rapat arus menunjukkan trend penurunan dan trend peningkatan, kecuali unuk rapat arus 0,4 A/dm2 tidak menunjukkan trend penurunan tetapi trend konstan (datar) pada penambahan 0,010 – 0,030 g/L p-vanilin. Trend penurunan terjadi pada penambahan 0,010 – 0,020 g/L p-vanilin untuk semua variasi rapat arus, kecuali rapat arus 0,4 A/dm2. Trend peningkatan trejadi pada penambahan 0,020 – 0,050 g/L vanilin untuk rapat arus 0,2;0,3;0,5 dan 0,6 A/dm2, sedangkan untuk rapat arus 0,4 A/dm2 trend peningkatan terjadi pada penambahan 0,030 - 0,050 g/L vanilin. Berdasarkan Gambar 24a, Nilai ∆ Ya < 0, menunjukkan bahwa berat lapisan elektroplating Zn-Ni set eksperimen (variasi konsentrasi p-vanillin) lebih kecil dari set kontrol (tanpa aditif p-vanillin). Variasi konsentrasi pvanillin menyebabkan penurunan berat lapisan elektroplating Zn-Ni untuk semua variasi rapat arus, yang berarti dengan adanya aditif p-vanilin dapat menghambat laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+, tetapi efektivitas penghambatan laju deposisi pada tiap – tiap konsentrasi aditif p-vanilin berbeda, dilihat dari berat lapisan elektroplating Zn-Ni yang dihasilkan. Hal tersebut dapat disebabkan kemungkinan p-vanilin tidak hanya menghambat laju deposisi, tetapi juga ikut terjebak/terdeposisi dalam lapisan elektroplating Zn-Ni. Ternyata dengan adanya aditif p-vanilin mampu menurunkan berat lapisan elektroplating Zn-Ni. Penurunan berat lapisan elektroplating Zn-Ni paling banyak ditunjukkan pada penambahan 0,020 g/L p-vanilin untuk semua variasi rapat arus, kecuali untuk rapat arus 0,4 A/dm2.

2). Analisa berdasarkan grafik hubungan berat lapisan elektroplating Zn-Ni per rapat arus terhadap konsentrasi aditif p-vanilin (Gambar 24b) Analisa kedua, berdasarkan Gambar 24b, pada konsentrasi tanpa penambahan p-vanilin (set kontrol), berat lapisan elektroplating Zn-Ni per rapat arus menunjukkan nilai 60,5 merujuk pada Tabel 10. Dengan adanya commit to user aditif p-vanilin menyebabkan nilai berat lapisan elektroplating Zn-Ni per rapat



arus berubah, yaitu terdapat peningkatan dan penurunan. Berarti variasi konsentrasi aditif p-vanilin berpengaruh terhadap nilai berat lapisan elektroplating Zn-Ni per rapat arus. Penurunan nilai berat lapisan per rapat arus dapat mengindikasikan konsentrasi aditif p-vanilin yang lebih bersifat efektif menghambat laju deposisi. Berdasarkan Gambar 24b menunjukkan 2 pola trendline yaitu trend penurunan dan trend peningkatan. Hal ini dapat dilihat, yaitu: a) Pada konsentrasi 0,010 – 0,030 g/L p-vanilin, menunjukkan trend peningkatan nilai berat lapisan elektroplating Zn-Ni per rapat arus. Pada konsentrasi penambahan 0,010 g/L p-vanilin menunjukkan nilai berat lapisan elektroplating Zn-Ni per rapat arus yang lebih kecil dari set kontrol (tanpa penambahan p-vanilin), sedangkan untuk konsentrasi

0,020 dan

0,030 g/L p-vanilin menunjukkan nilai berat lapisan elektroplating Zn-Ni per rapat arus yang lebih besar dari pada tanpa penambahan p-vanilin. Hal ini menunjukkan pada konsentrasi penambahan 0,010 g/L p-vanilin lebih bersifat menghambat laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+ dari pada konsentrasi 0,020 dan 0,030 g/L p-vanilin. b) Pada konsentrasi 0,030 – 0,050 g/L p-vanilin menunjukkan trend penurunan nilai berat lapisan per rapat arus. Pada konsentrasi penambahan 0,050 g/L vanilin menunjukkan nilai berat lapisan elektroplating Zn-Ni per rapat arus lebih kecil dari set kontrol (tanpa penambahan p-vanilin) dan juga pada konsentrasi penambahan 0,030 dan 0,040 g/L p-vanilin. Hal ini menunjukkan pada 0,050 g/L p-vanilin, lebih bersifat menghambat laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+ daripada konsentrasi penambahan 0,030 dan 0,040 g/L p-vanilin. Hasil analisa data berdasar Gambar 24b, menunjukkan konsentrasi 0,010 dan 0,050 g/L p-vanillin lebih efektif menghambat laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2 karena mampu menurunkan nilai berat lapisan elektroplating Zn-Ni per rapat arus. commit to user



Berdasarkan analisa kedua data dari Gambar 24a dan Gambar 24b menunjukkan, ternyata semakin besar penambahan aditif p-vanilin tidak selalu menghasilkan penghambatan laju deposisi yang semakin besar dan konsentrasi yang menunjukkan penghambat laju deposisi yang efektif juga berbeda pada masing-masing konsentrasi aditif p-vanilin. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 24a, penurunan berat lapisan elektroplating Zn-Ni paling banyak pada konsentrasi 0,020 g/L p-vanilin dan pada Gambar 24b, penurunan berat lapisan elektroplating Zn-Ni per rapat arus paling besar pada konsentrasi 0,010 dan 0,050 g/L p-vanilin. Oleh karena itu, perlu ditinjau lebih lanjut dari hasil karakterisasi yang lain. b. Pengaruh Aditif p-Vanilin Terhadap Nilai Kekerasan Lapisan Elektroplating Zn-Ni Pengaruh konsentrasi aditif p-vanilin terhadap nilai kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni dianalisa melalui grafik hubungan ∆Yb terhadap ∆ Xa pada berbagai variasi rapat arus disajikan pada Gambar 25. Perhitungan nilai ∆Yb dan ∆ Xa tersaji dalam Lampiran 11. 50.00

Rapat Arus 0,2 A/dm2 Rapat Arus 0,3 A/dm2

40.00

∆ Yb (VHN)

Rapat Arus 0,4 A/dm2

30.00


20.00 10.00 0.00 0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

Linear (Rapat Arus 0,2 A/dm2) Linear (Rapat Arus 0,3 A/dm2) Linear (Rapat Arus 0,4 A/dm2) Linear (Rapat Arus 0,5 A/dm2)

-10.00

∆ Xa (g/L) Keterangan: ∆ Yb : Selisih nilai kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni antara set eksperimen (variasi konsentrasi p-vanillin) dengan set kontrol (tanpa aditif p-vanillin) (VHN) ∆ Xa : Selisih konsentrasi aditif p-vanilin antara set eksperimen dengan set kontrol (g/L)

Gambar 25. Grafik hubungan ∆ Yb terhadap ∆ Xa pada berbagai variasi rapat arus commit to user



Berdasarkan Gambar 25, secara umum sebagian besar menunjukkan nilai ∆Yb > 0, kecuali pada konsentrasi 0,020 g/L vanilin pada rapat arus 0,2 A/dm2 dan konsentrasi 0,010 – 0,040 untuk rapat arus 0,5 A/dm2. ∆ Yb > 0, menunjukkan nilai kekerasan lapisan set kontrol (tanpa aditif p-vanilin) lebih kecil dari set eksperimen (variasi konsentrasi aditif p-vanilin). Berarti adanya aditif pvanilin mampu meningkatkan nilai kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni, tetapi untuk masing – masing konsentrasi menghasilkan nilai kekerasan yang berbeda. Gambar 25 menunjukkan 2 buah pola trendline yaitu trend penurunan dan trend peningkatan. yaitu: 1) Trend penurunan : Trend penurunan terjadi pada penambahan p-vanilin 0,010 dan 0,020 g/L (untuk rapat arus 0,2 dan 0,4 A/dm2) dan pada penambahan pvanilin 0,010 – 0,030 g/L (untuk rapat arus 0,3 dan 0,5 A/dm2). 2) Trend peningkatan : Trend peningkatan terjadi pada penambahan p-vanillin 0,020 – 0,050 g/L (untuk rapat arus 0,2 dan 0,4 A/dm2) dan penambahan pvanillin 0,030 – 0,050 g/L (untuk rapat arus 0,3 dan 0,5 A/dm2). Gambar 25 menunjukkan, bahwa faktor rapat arus juga berpengaruh terhadap hubungan variasi konsentrasi aditif p-vanillin dengan nilai kekerasan lapisan. Hal ini dapat diketahui dari titik optimum yang dihasilkan pada tiap variasi rapat arus menunjukkan nilai yang berbeda. Pada rapat arus 0,2 dan 0,4 A/dm2 optimum pada penambahan 0,020 g/L p-vanilin, sedangkan untuk rapat arus 0,3 dan 0,5 A/dm2 optimum pada penambahan 0,030 g/L p-vanillin. Nilai optimum pada Gambar 25, menunjukkan nilai optimum yang negatif, artinya menunjukkan nilai penurunan kekerasan yang paling besar. Ternyata semakin banyak aditif p-vanillin tidak menunjukkan satu pola trend peningkatan nilai kekerasan karena efektivitas penghambatan laju deposisi pada masing – masing konsentrasi aditif p-vanilin berbeda. Pada konsentrasi penambahan 0,020 dan 0,030 g/L p-vanillin menunjukkan penurunan nilai kekerasan dibandingkan dengan penambahan 0,010, 0,040 dan 0,050 g/L pvanilin. Hal tersebut kemungkinan dikarenakan pada konsentrasi 0,020 dan 0,030 g/, p-vanillin lebih cenderung bersifat teradsorp/terdeposisi dari pada menghambat commit to user laju deposisi sehingga menurunkan nilai kekerasan.



Konsentrasi aditif p-vanillin yang menghasilkan nilai kekerasan tertinggi adalah pada 0,050 g/L untuk semua variasi rapat arus. Hal ini menunjukkan bahwa pada konsentrasi tersebut p-vanillin bersifat lebih efektif menghambat laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+ dan menghasilkan penataan deposit yang lebih teratur (close-packed) sehingga meningkatkan kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni. Berkaitan dengan nilai kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni, bahwa salah satu faktor nilai kekerasan lapisan bergantung pada komposisi atom Zn dan Ni karena berdasarkan sifat karakteristik kekerasan Nikel (Ni) lebih keras dari pada Seng (Zn). Berdasarkan hal itu, perlu kiranya mengetahui pengaruh aditif pvanilin terhadap komposisi Zn dan Ni dalam lapisan elektroplating Zn-Ni. Apakah dengan adanya p-vanilin dapat lebih spesifik menghambat laju deposisi salah satu ion Zn atau Ni. Oleh karena itu, disarankan perlu dilakukannya penelitian tentang komposisi Zn dan Ni dalam lapisan elektroplating Zn-Ni. c.

Pengaruh Konsentrasi Aditif p-Vanilin Terhadap Diameter Butiran Deposit Elektroplating Zn-Ni

Pengaruh konsentrasi aditif p-vanilin terhadap diameter butiran deposit elektroplating Zn-Ni dianalisa melalui grafik hubungan ∆ Yc terhadap ∆ Xa pada berbagai variasi rapat arus disajikan pada Gambar 26. Perhitungan nilai ∆ Yc dan ∆ Xa tersaji dalam lampiran 13. ∆ Yc (µm)


1.00 0.00 -1.00 -2.00

0 0.010.020.030.040.050.06

∆ Yc (µm)

2.00

2.00

0.00 -1.00

∆ Xa (g/L)

∆ Xa (g/L)

(C)

0 0.010.020.030.040.050.06

∆ Xa (g/L)

(B) 0.80

∆ Yc (µm)

∆ Yc (µm)

(A) 3.00 2.00 Rapat 1.00 Arus 0,4 0.00 A/dm2 -1.00 0 0.010.020.030.040.050.06 -2.00


1.00


0.40 0.00 -0.40

0 0.010.020.030.040.050.06

∆ Xa (g/L)

(D)

Keterangan: ∆ Yc : Selisih diameter butiran deposit elektroplating Zn-Ni antara set eksperimen (variasi konsentrasi pvanillin) dengan set kontrol (tanpa aditif p-vanillin) (µm) ∆ Xa : Selisih konsentrasi aditif p-vanilin antara set eksperimen dengan set kontrol (g/L)

Gambar 26. Grafik hubungan ∆ Yc terhadap ∆ Xa pada berbagai variasi rapat 2 arus: (A) Rapat arus commit 0,2 A/dm ; (B) Rapat arus 0,3 A/dm2; (C) Rapat to user 2 arus 0,4 A/dm ; dan (D) Rapat arus 0,5 A/dm2



Berdasarkan Gambar 26, menunjukkan 2 pola trendline yaitu trend peningkatan dan trend penurunan, tetapi terdapat perbedaan pada titik optimumnya. 1) trend peningkatan, pada konsentrasi aditif p-vanilin 0,010 - 0,020 g/L (untuk rapat arus 0,2 dan 0,5 A/dm2) dan konsentrasi 0,010 - 0,040 g/L (untuk rapat arus 0,3 dan 0,4 A/dm2). Trend peningkatan ukuran diameter butiran deposit elektroplating Zn-Ni dapat disebabkan karena senyawa p-vanilin dan/atau kompleks vanilin teradsorp/terdeposisi pada lapisan elektroplating Zn-Ni. Dengan adanya senyawa p-vanilin dan/atau kompleks vanilin dalam komposisi lapisan Zn-Ni mengakibatkan ukuran butiran deposit menjadi lebih besar dan penataan butiran deposit menjadi tidak teratur. Berdasarkan Kim., et al (2004) menyatakan bahwa o-vanilin teradsorp pada lapisan elektroplating Zn. p-Vanilin dapat teradsorp/terdeposisi pada lapisan elektroplating Zn-Ni. Hal ini dapat dianalisa karena: a) Mula – mula p-vanilin dapat menghambat laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+, karena seiring berjalannya waktu elektrolisis, p-vanilin ikut terbawa arus deposisi ion Zn2+ dan Ni2+, sehingga menjadi semakin dekat dengan permukaan katoda dan akhirnya teradsorp pada lapisan deposit Zn-Ni. b) p-Vanillin dapat berikatan koordinasi dengan ion Zn2+ dan/atau Ni2+ membentuk kompleks Zn-vanilin dan/atau Ni-vanilin. Pada saat elektrolisis, Kompleks Zn-vanilin dan/atau Ni-vanilin dapat mengalami reaksi reduksi (terdeposisi). Reaksi reduksi pada senyawa kompleks akan mengkibatkan jarak ikatan, sudut ikatan antara logam dengan unsur yang terkoordinasi berubah dan pada saat tertentu keseluruhan struktur kompleks dapat terdistorsi atau bahkan ligan dapat terdekomposisi dari atom pusat (Takeuci,2006). Apabila pada saat reduksi kompleks vanilin, ikatan koordinasi

antara

ion

logam

dan

ligan

p-vanilin

tidak

dapat

lepas/terdekomposisi, maka deposit yang dihasilkan tetap berikatan dengan p-vanilin sehingga terbentuk deposit yang besar. 2) Trend penurunan, pada konsentrasi aditif p-vanilin 0,020 – 0,050 g/L (untuk to user aditif p-vanillin 0,040 – 0,050 rapat arus 0,2 dan 0,5 A/dm2) commit dan konsentrasi



g/L (untuk rapat arus 0,3 dan 0,4 A/dm2). Trend penurunan ukuran diameter butiran deposit elektroplating Zn-Ni dikarenakan p-vanilin lebih bersifat menghambat laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+ dari pada teradsorp/terdeposisi. Sebagai akibatnya menghasilkan penataan deposit menjadi lebih teratur dan menghasilkan deposit dengan ukuran yang kecil. Ternyata faktor rapat arus juga berpengaruh terhadap hubungan variasi konsentrasi aditif p-vanillin dengan ukuran diameter butiran deposit elektroplating Zn-Ni. Hal tersebut diketahui dari titik optimum yang dihasilkan pada tiap variasi rapat arus menunjukkan nilai yang berbeda. Berdasarkan Gambar 26, menunjukkan secara umum bahwa pada penambahan aditif p-vanilin 0,010 dan 0,050 g/L menghasilkan butiran yang lebih kecil dibandingkan konsentrasi 0,020; 0,030 dan 0,040 g/L p-vanilin. Sedangkan pada konsentrasi penambahan 0,020; 0,030 dan 0,040 g/L p-vanilin menyebabkan butiran menjadi lebih besar (kasar). Pengelompokkan kelas tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni pada berbagai variasi rapat arus dan konsentrasi aditif p-vanilin disajikan pada Tabel 12. Tabel 12. Tingkat Kelas Tekstur Lapisan Elektroplating Zn-Ni Kelas Tekstur Tingkat Kehalusan Lapisan Elektroplating Zn-Ni Variasi Rapat Arus (A/dm2)

Variasi penambahan p-vanilin (gr/L)

0,2

0,3

0,4

0,5

1.

Tanpa vanilin

C

C

C

D

2.

0,010

D

B

C

D

3.

0,020

D

B

C

E

4.

0,030

D

C

D

D

5.

0,040

D

D

E

D

6.

0,050

B

B

C

D

No.

Keterangan kelas tekstur: A : Sangat halus B : Halus C : Agak kasar D : Kasar E : Sangat kasar

Berdasarkan Tabel 12, konsentrasi aditif p-vanilin yang menunjukkan tekstur commit to user yang baik diperoleh pada konsentrasi 0,050 g/L.


digilib.uns.ac.id

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan Bedasarkan data hasil penelitian dan uraian pembahasan, disimpulkan sebagai berikut : 1. Pengaruh rapat arus terhadap kualitas lapisan elektroplating Zn-Ni: a. Rapat arus yang besar tidak selalu menghasilkan berat lapisan elektroplating Zn-Ni yang besar. Rapat arus yang menghasilkan berat lapisan elektroplating Zn-Ni optimum adalah pada 0,5 A/dm2. b. Semakin besar rapat arus menurunkan nilai kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni. Rapat arus yang menghasilkan nilai kekerasan tertinggi pada 0,2 A/dm2. c. Rapat arus yang kecil tidak selalu menghasilkan tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni yang halus. Rapat arus yang menghasilkan tekstur yang halus pada 0,3 A/dm2. Rapat arus yang menghasilkan kualitas yang baik untuk proses elektroplating Zn-Ni adalah pada rapat arus 0,3 A/dm2. 2. Pengaruh aditif p-vanilin terhadap kualitas lapisan elektroplating Zn-Ni: a. Aditif p-vanilin mampu menurunkan berat lapisan elektroplating Zn-Ni. Penurunan berat lapisan elektroplating Zn-Ni paling banyak pada konsentrasi penambahan 0,020 g/L p-vanilin. b. Aditif p-vanillin mampu meningkatkan kekerasan lapisan elektroplating ZnNi. Konsentrasi penambahan 0,050 g/L p-vanilin menghasilkan nilai kekerasan paling tinggi. c. Aditif p-vanillin mampu memperhalus tekstur lapisan elektroplatig Zn-Ni. Konsentrasi penambahan 0,050 g/L p-vanilin menghasilkan tekstur paling halus. Konsentrasi aditif p-vanilin yang menghasilkan kualitas yang baik untuk proses elektroplating Zn-Ni adalah pada konsentrasi 0,050 g/L commit to user

65



B. Saran Untuk penelitian lebih lanjut, perlu kiranya dilakukan penelitian tentang: 1. Uji komposisi lapisan elektroplating Zn-Ni untuk mengetahui pengaruh aditif p-vanilin terhadap komposisi deposit Zn dan Ni dalam lapisan elektroplating Zn-Ni. 2. Pengaruh variasi temperatur, voltase, pH larutan, jarak elektroda dan kecepatan pengadukan terhadap kualitas lapisan elektroplating Zn-Ni.

commit to user

PENGARUH RAPAT ARUS DAN ADITIF p-vanilin TERHADAP KUALITAS LAPISAN ELEKTROPLATING Zn Ni PADA SUBSTRAT BESI

Recommend Documents