POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2
September 2013
PENGARUH VARIASI SUHU DAN WAKTU PROSES ANODIZING PADA BAHAN ALUMUNIUM Ahmad Haryono Teknik Mesin Politeknik Pratama Mulia Surakarta
ABSTRACT The anodizing process to produce a thin layer of aluminum oxide is porous . These pores can be incorporated to produce aluminum pigment with a variety of colors . Besides the size of the pore is also decisive in the next election on aluminum applications . At this peneleitian uses aluminum by using a variation of the concentration of electrolyte solution . Electrolyte solution used is sulfuric acid with a concentration of 15 % with a current density of 2 A/dm2 , room temperature and immersion time for 30 , 45 and 60 minutes . On thick specimens measured anodizing anodizing coating with coating thickness . Pore distribution can be observed from the results of a micro photo optical microscope observation . Then observed the influence of the thickness and pore distribution of the abrasion resistance of the oxide layer . The greater the concentration of electrolyte solution tends to decrease the thickness of the oxide layer but increases the size of pores on the surface of the oxide layer thus also improve the abrasion resistance of the oxide layer . With increasing time of anodizing process can increase the thickness of the oxide layer , but it can happen at a certain concentration of electrolyte solution . Optimum results obtained at 30 ° C temperature variation - 40 ° C , immersion time 20 minutes and 2 Ampere current dperoleh large flat and bright colors . Keywords : Aluminum , anodizing PENDAHULUAN LATAR BELAKANG MASALAH Perkembangan teknologi global dewasa ini menuntut keahlian dan kita dituntut untuk menjadi enterpreneur dari pada menjadi seorang job siccer dalam penggunaan teknologi. Salah satunya adalah
Pengaruh variasi suhu dan waktu…
pengembangan tentang wirausaha,oleh karena itu kami membuat alat yang diharapkan nantinya dapat dijadikan peluang usaha melalui proses Anodizing. Proses anodizing pada aluminium ini menghasilkan lapisan tipis oksida yang berpori. Pori ini dapat dimasukkan zat warna sehingga dihasilkan aluminium dengan warna yang
12
POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2
beragam. Selain itu dari besar kecilnya pori ini juga menentukan pada pemilihan aplikasi pada aluminium selanjutnya. PERUMUSAN MASALAH Dari latar belakang masalah diatas, dapat dirumuskan ;“ Bagaimana pengaruh suhu dan waktu proses Anodizing pada bahan alumunium. TUJUAN DAN MANFAAT 1. Mengetahui pengaruh waktu proses anodizing pada bahan alumunium. 2. Mengetahui pengaruh suhu proses anodizing pada bahan alumunium. 3. Membuka wirausaha baru dibidang anodizing. LANDASAN TESORI Korosi Korosi merupakan proses degradasi sifat material disebabkan reaksi dengan lingkungannya. Korosi sebagai suatu reaksi elektrokimia yang memberikan kontribusi kerusakan fisik suatu material secara signifikan sehingga perlu perhatian untuk mencegah dan meminimalisasi kerugian yang timbul akibat efek korosi Jumlah logam dan paduannya merupakan fungsi dari lingkungan sehingga saling mempengaruhi kedua parameter tersebut antara lain lingkungan air tawar, air laut dan air tanah. Pengaruh variasi suhu dan waktu…
September 2013
Faktor-Faktor Penyebab Korosi Faktor penyebab korosi secara umum melibatkan sifat material antara lain sifat fisik, mekanik dan kimia. Penyebab lainnya juga mempertimbangkan struktur logam, sifat lingkungan sekitar dan reaksi antara antar permukaan logam dan lingkungan Faktor-faktor penyebab korosi yaitu : Struktur Logam. Komposisi, struktur atom, keheterogenan struktur secara microskopik dan makroskopik, tegangan (tarik, tekan dan siklus). Lingkungan. Sifat kimia, konsentrasi bahan reaktif dan pengotor, tekanan, suhu, kecepatan. Antar muka logam Kinetika oksidasi, pelarutan logam, kinetika proses reduksi bahan di dalam larutan, lokasi produk korosi, pertumbuhan film dan pelarutan film. MEKANISME KOROSI Berdasarkan pertimbangan di atas mengindikasikan mekanisme korosi logam sangat komplek dengan melibatkan berbagai cabang bidang antara lain sifat fisik, metalurgi fisik, kimia, bakteri dan lain-lain. Mekanisme korosi tidak terlepas dari reaksi elektrokimia. Reaksi elektrokimia melibatkan perpindahan electron-elektron. 13
POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2
September 2013
Perpindahan elektron merupakan hasil reaksi redoks (reduksioksidasi). Mekanisme korosi melalui reaksi elektrokimia melibatkan reaksi anodic di daerah anodik. Reaksi anodik (oksidasi) diindikasikan melalui peningktan valensi atau produk electron-elektron. Reaksi anodik yang terjadi pada proses korosi logam yaitu : M -->Mn+ + ne 1. Proses korosi dari logam M adalah proses oksidasi logam menjadi satu ion (n+) dalam pelepasan n electron. Harga dari n bergantung dari sifat logam sebagai contoh besi : Fe-->Fe2+ + 2e 2. Reaksi katodik juga berlangsung di proses korosi. Reaksi katodik diindikasikan melalui penurunan nilai valensi atau konsumsi electron-elektron yang dihasilkan dari reaksi anodic. Reaksi katodik terletak di daerah katoda. Beberapa jenis reaksi katodik yang terjadi selama proses korosi logam yaitu : a) Pelepasan gas hydrogen : 2H- + 2e --> H2 b) Reduksi oksigen : O2 + 4 H- + 4e --> H2O O2 + H2O4 --> 4 OHc) Reduksi ion logam : Fe3+ + e --> Fe2+ d) Pengendapan logam : 3 Na+ + 3 e --> 3 Na e) Reduksi ion hydrogen : O2 + 4H+ + 4 e --> 2H2O
O2 + 2H2O + 4e --> OHf) Reaksi katodik dimana oksigen dari udara akan larut dalam larutan terbuka. Reaksi korosi tersebut sebagai berikut : NaCl.H2O Fe + O2 Fe2 O3 2
Pengaruh variasi suhu dan waktu…
ANODISIZNG ALUMUNIUM Anodisasi atau oksida anoda secara luas digunakan untuk tujuan protektif perlindungan dan dekorasi permukaan alumunium. Keseluruhan reaksi oksidasi terjadi seperti dibawah ini : 2Al + 3H2O → Al2O3 + 6H+ + 6ePada anodisasi alumunium, logam alumunium dipasang pada kaki anoda dan bukan pada katoda. Inilah perbedaan utama dengan proses lapis pada umumnya. Pada lapis diatas alumunium yang dibahas sebelumnya alumunium diproses perlakuan celup, lapis listrik, alumunium diposisikan pada katoda. Pada proses anodisasi selaput oksida pada permukaan alumunium yang terbentuk secara alami ditingkatkan pada ketebalan yang diperlukan. Pada anodisasi benda kerja ditempatkan pada anoda dan dilarutkan dalam larutan asam, benda kerja tidak seperti pada lapis listrik yang ditempatkan pada katoda. Oksigen yang muncul pada proses oksidasi anoda, membentuk lapisan tipis yang sangat rekat dengan substrat. 14
POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2
September 2013
Proses utama, dalam oksidasi anoda alumunium memerlukan larutan asam sulfat, asam kromat atau campuran asam sulfat dan asam oksalat. Selama proses oksidasi anoda permukaan alumunium dirubah menjadi oksida alumunium. Ketebalan oksida kurang lebih dua kali alumunium yang hilang. Beberapa manfaat dari oksidasi anoda alumunium ( Meningkatkan ketahanan korosi, meningkatkan adhesi cat, sebagai alat untuk pelapisan lebih lanjut, memperbaiki penampilan, meningkatkan isolasi listrik., memungkinkan penggunaan lithografi dan photografi,memperbesar emisivitas, meningkatkan ketahanan abrasi, mendeteksi daerah peka retakan. Lazimnya oksidasi anodik menggunakan asam sulfat, karena selain murah mudah untuk dikontrol, dan hasil pelapisannya mempunyai sifat astetik dan fungsional yang luas. Proses anodisasi dilakukan pada suhu 30°C -60°C, rapat arus 130 260 A/m2 dan tegangan antara 12 - 22 V. Ketebalan lapisan oksidasi naik sejalan dengan lamanya oksidasi berbalikan, apabila suhu dinaikkan ketebalan menurun. Naiknya suhu mengakibatkan porositas bertambah dan kehilangan ketahanan abrasi. Larutan elektrolit lain yang digunakan dalam oksida anoda: a) Asam kromat
Lapisanya buram, terbatas untuk ketebalan maksimum sekitar 10 µm dan jarang digunakan untuk keperluan dekorasi. Fungsinya untuk alas cat khususnya pada peralatan militer. Asam fosfat Biasanya digunakan sebelum lapis listrik yaitu pada proses pengerjaan awal. Hasilnya sangat porous dan menyediakan dasar locking mekanis untuk lapis listrik. Asam oksalat Hasil lapisan yang berwarna kuning yang kadang lebih keras dari hasil asam sulfat, digunakan untuk anodisasi yang tebal. Asam sulfonat Kombinasi dengan asam sulfat digunakan untuk ngembangkan anodik warna terpadu pada logam paduan. Perunggu, emas, kelabu dan hitam adalah warna yang dapat diperoleh. Asam borak Digunakan dalam lapis tanggul untuk kepasifan listrik, asam sitrat dan tartrat digunakan juga.
Pengaruh variasi suhu dan waktu…
b)
c)
d)
e)
PEWARNAAN LAPISAN ANODIZING Hampir semua alumunium dan paduanya dapat dioksidasi anoda dan diwarnai sesuai dengan yang diinginkan. Jenis anodik porous dapat diwarnai dengan obat organik, pigmen anorganik 15
POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2
September 2013
tertentu dan secara lapis listrik pula. Teknik pewarnaan aluminium antara lain : a) Pewarna organik. Setelah anodisasi dan pembilasan dengan air dingin, benda kerja dimasukkan dalam larutan pelarut organik yang mengandung beberapa gram/liter pewarna pada suhu 65OC, Konsentrasi pewarna dan kontrol pH bervariasi terhadap pewarna. Waktu celup 5 - 15 menit. Setelah pewarnaan, benda kerja dibilas dalam air dingin.
b) Pigmentasi dengan mineral. Mengsi lapisan anodik dengan pigmen mineral termasuk bahan-bahan tak larut seperti oksida logam, sulfida dan besi sianid dalam lubang oksida bisa sampai dua proses. Hasil dapat lebih baik daripada pewarna organik. c) Lapis listrik. Metode dan bahan yang digunakan masih menjadi rahasia perusahaan, tetapi prinsipnya seperti pada lapis listrik. Hasilnya paling baik dari metode yang lain.
Tabel 2.1. Komposisi Larutan Solut ion No.
Type of Solution
Composition
1 2 3 4
Alkaline clening Chemical brightening Desmutting Anodzing
Alkali, inhibited H3PO4 and HNO3 HNO3, 25-35 vol % H2SO4, 15 Wt %
ALAT DAN BAHAN a. Mesin Poles b. Power Suplly c. Kabel Penghubung d. Heatter ( Pemanas ) e. Termometer f. Bak g. Gelas Ukur h. Timbangan
Pengaruh variasi suhu dan waktu…
Operating temperature C 60-71 88-110 Room 21-25
F 140-160 190-230 Room 70-75
Cycle time, min 2-4 ½-5 2 5-60
Bahan yang digunakan untuk Anodizing adalah: a) Alumunium b) Sulfuric Acid c) Niitric Acid d) Sodium Hydroxide (NaOH) e) Asam Florat f) Aquadest
16
POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2
September 2013
DIAGRAM PENELITIAN Pengumpulan Data
Pembuatan Alat
Uji Coba
Pengaruh suhu terhadap hasil Anodizing
Pengaruh lama pencelupan terhadap hasil Anodizing
Hasil dan Pembahasan
Selesai
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian HASIL DAN PEMBAHASAN Proses pengujian suhu terhadap hasil Anodizing Pada penelitian ini bahan menggunakan plat alumunium panjang 20 cm lebar 3 cm tebal 1,5 mm. Suhu yang digunakan 30° - 40° ( tahap 1 ), 40° - 50° ( tahap 2 ), dan suhu 50° - 60° ( tahap 3 ). Untuk menjaga suhu berada pada ukuran tersebut agar suhu kamar tidak menurun atau melebihi batas ukur tersebut dengan cara Setiap 5 menit kita
Pengaruh variasi suhu dan waktu…
mengecek suhu dengan thermometer, ketika suhu mengalami kenaikan atau melebihi batas ukur hal yang kita lakukan adalah mematikan alat pemanas, ketika suhu mengalami penurunan hal yang kita lakukan adalah menghidupkan alat pemanas. Hal itu kita jaga agar suhu kamar tetap pada suhu yang kita tentukan pada uji coba. Tabel 4.1. pengaruh suhu terhadap proses anodizing.
17
POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2
September 2013
Tabel 4.1. Hasil Pengujian No
Suhu Variable
Waktu Konstan
Ampere Konstan
Hasil
1
30℃ - 40℃
20 menit
2 Ampere
Warna tidak rata
2
40℃ - 50 ℃
20 menit
2 Ampere
Warna rata dan cerah
3
50℃- 60 ℃
20 menit
2 Ampere
Warna rata dan gelap
A
B
C
30℃ - 40℃ 30℃ - 40℃ Gambar 4.1. Struktur mikro hasil pengujian. Proses pengujian pencelupan terhadap Anodizing.
lama hasil
30℃ - 40℃
Pada penelitian inivariasi yang digunakan 20 menit, 30 menit, dan 40 menit.
Tabel 4.2. Variasi waktu pencelupan terhadap hasil anodizing. NO
Suhu Konstan
Waktu Variable
Ampere Konstan
Hasil
1
30℃
20 menit
2 Ampere
Warna tidak rata
2
30℃
30 menit
2 Ampere
Warna gelap dan rata
3
30℃
40 menit
2 Ampere
Warna cerah dan tidak rata
A
B
t = 20 menit. t = 30 menit Gambar 4.2. Struktur mikro hasil pengujian. Pengaruh variasi suhu dan waktu…
C
t = 40 menit
18
POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2
September 2013
PENUTUP Kesimpulan 1. Kegagalan terjadi karena terlalu lamanya pengentasan setelah proses anodis sebelum proses pewarnaan atau dyeing. Hal itu akan mengakibatkan suhu pada benda kerja menurun menjadi dingin dan pori pada benda kerja nenyempit, sehingga pada waktu dyeing, bahan pawarna tidak masuk kedalam pori - pori benda kerja. Akibatnya pewarna tidak bisa menempel pada permukaan benda kerja. 2. Waktu yang ditentukan arus dari power suplay harus mengalir dari anoda benda kerja menyebabkan pori luar alumunium meloncat ke katoda alumunium melingkar, dan proses ini tidak boleh berhenti sedetikpun apabila terjadi maka benda kerja tidak berhasil karena waktu yang kita tentukan belum tercapai sehingga anodis belum sempurna. 3. Hasil yang optimum diperoleh pada variasi suhu 30 oC – 40 oC, waktu pencelupan 20 menit dan besar arus 2 Ampere dperoleh warna rata dan cerah.
(Elektro Plating). Andi Offset. Yogyakarta. 1992 KR.
Trethewey dan J. Chamberlain. Korosi Untuk Mahasiswa dan Rekayasawan. PT. Gramedia Pustaka Utama. Jakarta. 1991. Soleh Wahyudi, MT. Buku Saku Elekroplating. Technic. Cimahi Bandung (2006) http://groups.yahoo.com/group/an odizing101/ http://mrooker.com/JMUmetals/te cjnical/Anodizing.html http://www.p2pays.org/ref/02/014 33.pdf http://products.construction.com/s wts_content_file/255/275 549.pdf www.anodizing alumunium.com www.aluminium anodizing explained.htm
DAFTAR PUSTAKA Anton J Hartono dan Tomijiro Kanoko. Mengenal Pelapisan Logam
Pengaruh variasi suhu dan waktu…
19
