NASKAH PUBLIKASI ILMIAH
PENGARUH VARIASI WAKTU CELUP 4, 6 DAN 8 DETIK TERHADAP TEBAL LAPISAN DAN KEKASARAN TEMBAGA PADA PELAT BAJA KARBON SEDANG DENGAN PROSES ELEKTROPLATING
Disusun Untuk Memenuhi Tugas Dan Syarat-Syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjana S1 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun : FIRMAN RAHMAT SYAM NIM : D 200 07 0044
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2014
HALAMAN PENGESAHAN Naskah pubrikasi [miah berjudur .PENGARuH vARrAsr WAKTU
CELUP
4, 6 DAN 8
DETIK TERHADAP TEBAL LAPISAN DAN KEKASARAN TEMBAGA PADA PELAT BAJA KARBON SEDANG DENGAN PRosEs ELEKTROPLATTNG" terah disetujui oreh pembimbing dan diterima untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoreh derajat
sarjana 51 pada jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dipersiapkan
Oleh
:
Nama
: Firman Rahmat Syam
Nim
: D 200
At
hO44
Pembimbing Utama
Pembimbrng pendamping
le" Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhf mmadiyah Surakarta
W. I
Tri Widodg BR.. ST.. ph.D
PENGARUH VARIASI WAKTU CELUP 4, 6 DAN 8 DETIK TERHADAP TEBAL LAPISAN DAN KEKASARAN TEMBAGA PADA PELAT BAJA KARBON SEDANG DENGAN PROSES ELEKTROPLATING
Firman Rahmat Syam, Bibit Sugito, Pramuko Ilmu Purboputro Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartosuro Email :
[email protected]
ABSTRAKSI Elektroplating atau proses pelapisan suatu logam dengan logam lain dengan cara elektrolisa, bertujuan untuk melindungi logam yang mudah rusak atau korosi dengan logam yang lebih tahan karat. Penelitian tentang elektroplating pada plat baja karbon rendah ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh waktu celup terhadap ketebalan pelapisan tembaga. Pada pengujian ini digunakan bahan tembaga untuk melapisi plat baja karbon sedang setebal 15 mm. Tegangan 12 volt dan bak yang digunakan
sebagai
tempat
larutan
elektrolit
terbuat
dari
plastik
berkapasitas 30 liter sebanyak 3 buah, masing-masing untuk proses pelapisan tembaga. Dengan menggunakan variasi waktu celup yang telah ditentukan. Setelah jadi material diuji tingkat ketebalan lapisan kedua logam tersebut dengan alat uji foto mikro, coating gauge dan Surface roughness Tester. Dari pengujian ketebalan lapisan diperoleh nilai rata-rata ketebalan lapisan dengan variasi waktu 4 detik sebesar 0.622 µm, 6 detik sebesar 0.718 µm, 8 detik sebesar 0.755 µm. Dan dari hasil pengujian kekasaran
dengan variasi waktu 4 detik sebesar 0.1100 µm, 6 detik sebesar 0.2527 µm, 8 detik sebesar 0.2808 µm. Kata kunci :
Electroplating, Tembaga, Coating Gauge, Surface Roughness Tester.
ii
HALAMAN PENGESAHAN
Naskah Publikasi Ilmiah berjudul “PENGARUH VARIASI WAKTU CELUP 4, 6 DAN 8 DETIK TERHADAP TEBAL LAPISAN DAN KEKASARAN TEMBAGA PADA PELAT BAJA KARBON SEDANG DENGAN PROSES ELEKTROPLATING” telah disetujui oleh pembimbing dan disahkan koordinator sebagai syarat untuk Seminar Tugas Akhir dan Ujian Tugas Akhir
pada
Jurusan
Teknik
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
Muhammadiyah Surakarta. Dipersiapkan Oleh : Nama
: Firman Rahmat Syam
Nim
: D 200 07 0044
Disetujui pada Hari
: ................................
Tanggal : ................................
Pembimbing Utama
Pembimbing Pendamping
Ir. Bibit Sugito, MT
Pramuko Ilmu Purboputro, Ir. MT
Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Tri Widodo BR., ST., Ph.D.
iii
A. PENDAHULUAN 1. Latar Belakang Dalam proses pengerjaan mesin, baja merupakan salah satu logam yang paling banyak digunakan karena secara umum baja memiliki sifat yang tangguh. Namun salah satu kelemahan baja ialah dapat terkorosi secara cepat ketika berada di udara, lingkungan berair maupun media asam, sehingga perlu dilakukan proteksi untuk menurunkan laju korosi baja. Pelapisan logam atau plating merupakan perlindungan logam yang cukup efektif untuk mengatasi korosi. Dimana elektroplating atau proses pelapisan suatu logam dengan logam lain dengan cara elektrolisa, bertujuan untuk melindungi logam yang mudah rusak karena udara (korosi) dengan logam yang lebih tahan karat. Proses pelapisan logam termasuk ke dalam proses pengerjaan akhir (metal finishing). Fungsi utama dari pelapisan logam adalah memperbaiki penampilan (dekoratif). Berangkat dari fenomena di atas maka penulis mencoba untuk menganalisa proses electroplating dengan variabel tegangan listrik dan lama proses electroplating, dimana variabel inilah yang mampu divariasikan dengan pasti jika dibandingkan dengan variabel yang lainnya.
Variasi
tegangan
listrik
yang
diberikan
pada
proses
electroplating akan sangat mempengaruhi hasil akhir dari pelapisan juga lama waktu proses pelapisan akan sangat mempengaruhi ketebalan dari pelapisan. 2. TUJUAN PENELITIAN 1. Merekayasa dan menguji alat pelapisan logam dengan teknik elektroplating. 2. Menentukan pengaruh variasi lama waktu proses electroplating terhadap ketebalan pelapisan.
1
3. MANFAAT PENELITIAN 1. Bagi Akademik a. Sebagai
referensi
untuk
perkembangan
dan
penelitian
selanjutnya mengenai electroplating. b. Merupakan
pustaka
tambahan
untuk
menunjang
proses
perkuliahan. c. memberikan gambaran kepada mahasiswa variabel-variabel yang berpengaruh terhadap hasil pelapisan pada proses electroplating dengan menggunakan material pelapis khususnya tembaga. 2. Bagi Pengembang Jasa a. Menjadi bahan pertimbangan, untuk diperhatikan dalam proses produksi, sehingga bisa memperoleh hasil pelapisan yang jauh lebih baik. b. Sebagai bahan informasi untuk mengetahui variabel-variabel yang berpengaruh pada pelapisan tembaga pada baja karbon sedang.
4. BATASAN MASALAH Dalam penelitian ini, penulis memberikan batasan masalah sebagai berikut: a) Material yang digunakan untuk dilapis adalah baja carbon sedang berupa plat dengan dimensi 100 x 50 x 15 dalam satuan millimeter. b) Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah tembaga yang merupakan bahan pelapis. c) Data yang akan dilakukan adalah mengukur ketebalan lapisan hasil electroplating. d) Besar tegangan listrik yang dipilih adalah 12 volt.
2
e) Lama waktu proses electroplating yang dipilih adalah 4, 6, dan 8 detik. f) Metode penelitian adalah penelitian eksperimen.
B. TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 1. KAJIAN PUSTAKA Alin (2010) pengaruh tegangan pada proses electroplating pada baja dengan pelapis krom dan seng terhadap nilai kekerasan dan laju korosi. Penelitian ini menggunakan unsur krom dan seng sebagai bahan pelapis. Candra, W., (2009), meneliti tentang pengaruh pelapisan nikel proses elektroplating terhadap harga fatigue, tarik dan struktur mikro poros roda depan merk Tiger. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh pelapisan nikel proses elektroplating terhadap perubahan sifat fisis dan mekanis pada baja karbon sedang HQ 705 untuk poros yang akan dibuktikan dengan pengujian fatigue untuk mengetahui pengaruh pelapisan nikel proses elektroplating. Raharjo (2010) melakukan penelitian tentang pengaruh tegangan listrik dan waktu proses electroplating terhadap ketebalan dan juga kekerasan ada baja ST 40 yang dilapisi krom. Ketebalan lapisan dan juga nilai kekerasan meningkat seiring dengan naiknya tegangan listrik dan juga lamanya waktu proses electroplating selama 15 menit. Sembada, H.R., (2008), dalam penelitian tentang pembuatan dies dengan metode elektroplating tembaga nikel dan khrom dengan variasi waktu pencelupan 2400 s, 3000 s, 3600 s dan rapat arus 7 Ampere pada polimer dengan menggunakan metode penggrafitan.
3
2. LANDASAN TEORI a) Elektroplating Elektroplating adalah suatu proses pengendapan suatu logam pelindung yang dikehendaki diatas logam lain dengan cara elektrolisa. Biasanya elektrolisa dilakukan dalam suatu bejana yang disebut sel elektrolisa yang berisi larutan elektrolit atau rendaman (bath). Pada rendaman ini tercelup paling tidak dua elektroda. Masing-masing elektroda dihubungkan dengan arus listrik, terbagi menjadi kutub positif dan negatif dikenal dengan kutub katoda dan anoda. Komponen-komponen yang berperan penting dalam suatu proses elektroplating adalah larutan elektrolit (sumber pelapis), anoda, katoda (bahan uji), dan sirkuit luar. Mengalirnya arus searah melalui suatu larutan berkaitan dengan gerak partikel bermuatan (ion). Ujung-ujung keluar masuknya arus dari/ke larutan disebut elektroda. Seperti diketahui, pada bagian anoda reaksi yang terjadi adalah reaksi kimia sedangkan pada katoda reaksinya adalah reaksi reduksi. Pergerakan dari ion-ion larutan yang ada menyebabkan terjadinya kedua macam reaksi pada sistem elektrolisa tersebut. Ion yang bergerak migrasi ke anoda disebut anion, sedangkan yang bergerak ke katoda disebut kation. Jika arus listrik dialirkan ke dalam larutan elektrolit (larutan pelapis) akan terjadi aliran ion-ion dalam larutan. Ion positif bermigrasi ke arah elektroda negatif (katoda) dan ion negatif bermigrasi ke arah elektroda positif (anoda), bersamaan dengan ini terjadi proses pemindahan muatan pada kedua elektroda. Migrasi
dari
ion-ion
tersebut
menimbulkan
reaksi
reduksi
(katoda/benda kerja) dan reaksi kimia (anoda). Tujuan dari elektroplating
sendiri selain untuk mempertinggi
nilai dekoratif juga berfungsi sebagai proteksi terhadap korosi dan untuk menghasilkan benda atau logam yang mempunyai karakteristik fisik dan mekanik tertentu.
4
b) Tembaga Aplikasi yang paling penting dari pelapisan tembaga adalah sebagai suatu lapisan dasar pada pelapisan baja sebelum dilapisi tembaga dari larutan asam yang biasanya di ikuti dengan pelapisan nikel dan crom.Tembaga atau Cuprum merupakan logam yang banyak sekali di gunakan, karena mempunyai sifat hantaran arus dan panas yang baik. Tembaga di gunakan untuk pelapisan dasar karena dapat menutup permukaan bahan yang dilapis dengan baik. Pelapisan dasar tembaga di perlukan untuk pelapisan lanjut dengan nikel yang kemudian diakhiri dengan pelapisan krom. Untuk kebutuhan pelapisan tembaga sendiri, sangat di perlukan untuk pemakaian listrik. Dalam hal ini pelapisan tembaga di lakukan dua kali pelapisan tembaga. yang pertama di lakukan pelapisan tembaga cyanid dan di akhiri pelapisan tembaga asam, di mana pada pelapisan asam, ketebalan lapisan tembaga bisa di sesuaikan, sesuai dengan ketebalan yang di inginkan. Semakin tebal lapisan tembaga asam maka daya tahan baja lebih awet dan baik. a. Sifat-sifat fisika tembaga ¾ Logam berwarna kemerah merahan dan berkilau. ¾ Dapat di tempa dan di bengkokan. ¾ Merupakan penghantar panas dan listrik yang baik. ¾ Titik leleh : 1.083 oC, dan Titik didih : 2.301 oC. b. Sifat-sifat kimia tembaga ¾ Di udara kering sukar teroksidasi, akan tetapi jika di panaskan akan membentuk oksida tembaga (CuO). ¾ Di Udara lembab akan di uabah menjadi senyawa karbonat atau karat basa.
5
¾ Tidak dapat bereaksi dengan larutan HCl encer maupun H2SO4 encer. ¾ Dapat bereaksi dengan H2SO4 pekat maupun HNO3 pekat dan encer.
c) Baja Karbon Sedang Baja merupakan paduan yang terdiri dari unsur besi (Fe) dan karbon (C) serta unsur-unsur tambahan lainnya. Kadar karbonya lebih rendah dari pada kadar karbon pada besi cor dan biasanya kurang dari 1,0% C. Sebagai unsur-unsur tambahan selain karbon, baja mengandung 0,20% sampai 0,70% Si ; 0,50 sampai 1,0% Mn ; 0,06% fosfor dan kurang dari 0,06% belerang. Baja dapat dibentuk melalui pengecoran, pencanaian dan penempaan. Baja merupakan logam yang paling bayak digunakan dalam dunia teknik, baik berupa plat, pipa, batang, profil, dan sebagainya. Baja karbon sedang (medium carbon steel) mengandung karbon antara 0,25% - 0,55% C dan setiap satu ton baja karbon mengandung karbon antara 30 – 60 kg. baja karbon sedaang ini banyak digunakan untuk keperluan alat-alat perkakas bagian mesin. Berdasarkan jumlah karbon yang terkandung dalam baja maka baja karbon ini dapat digunakan untuk berbagai keperluan seperti untuk keperluan industri kendaraan, roda gigi, pegas dan sebagainya (Amstead, BH, 1995). C. METODELOGI PENELITIAN 1. Bahan Dan Alat Bahan
a) Bahan Kerja Bahan yang akan dilapisi plating pada hal ini adalah baja karbon sedang berbentuk kotak yang akan berfungsi sebagai katoda.
6
b) Bahan Pelapis Bahan yang berfungsi sebagai pelapis sekaligus anoda dalam elektroplating tembaga. c) Bahan Kimia Bahan kimia yang akan dilarutkan dalam larutan aquades. 9 Air aquades 90 liter 9 Brush salt 5 kg 9 Potasium cyanida 3 biji 9 Amoniak 90 ml Alat
Alat-alat yang digunakan untuk penunjang dalam proses elektroplating mulai dari pembersihan hingga penyelupan antara lain : 1. Gerinda Polishing 2. Amplas 3. Bak plastik
4. Power Supply DC 5. Thermometer 6. Tang Amper 7. Stop Wacth. 8. Kertas pH 9. Coating gauge 10. crystal heater 11. Areometer 12. Gelas ukur 13. Sarung tangan 14. Batu ijo 15. Invert Microscope 16. Surface Roughness
7
D. HASIL DAN PEMBAHASAN a. Hasil Pengujian 1) Pengujian Ketebalan Lapisan dengan Coating Gauge. Tabel 1. Data hasil uji ketebalan lapisan tembaga Tegangan
Waktu
(volt)
(detik)
12
Tebal lapisan (µm) Titik
Titik
Titik
Titik
Titik
Titik
1
2
3
4
5
6
4
0.68
0.42
0.48
0.59
0.69
6
0.62
0.58
0.90
0.80
8
0.55
0.67
0.93
0.81
Rata-rata
Teoritis
0.87
0.622
0.201
0.69
0.72
0.718
0.309
0.75
0.82
0.755
0.409
Didapatkan grafik hubungan antara waktu penahanan dengan tebal lapisan seperti ditunjukan pada gambar 1.
Tebal Lapisan Tembaga Tebal lapisan (µm)
0.8
0,718
0,755
0,622 0.6 4,09
Coating gauge
3,09
0.4 2,01 0.2 0 0
2
4 6 8 Waktu tahan celup (detik)
10
Gambar 1. Grafik hubungan waktu tahan celup dengan ketebalan lapisan tembaga.
8
2) Pengujian Ketebalan Lapisan dengan Foto Mikro.
Plat baja karbon sedang
Lapisan tembaga
Resin
Gambar 2. Foto Struktur Mikro Baja Karbon Sedang dengan waktu tahan celup 4 detik dengan tegangan 12 volt perbesaran 200X
Plat baja karbon sedang
Lapisan tembaga
Resin
Gambar 3. Foto Struktur Mikro Baja Karbon Sedang dengan waktu tahan celup 6 detik dengan tegangan 12 volt perbesaran 200X
9
Plat baja karbon sedang
Lapisan tembaga
Resin
Gambar 4. Foto Struktur Mikro Baja Karbon Sedang dengan waktu tahan celup 8 detik dengan tegangan 12 volt perbesaran 200X 3) Pengujian Kekasaran lapisan dengan Surface Roughness Tester. Tabel 2. Data hasil Pengujian kekasaran permukaan.
Spesimen
Kekasaran Permukaan (µm)
waktu
Ra1
Ra2
Ra3
Ra4
Ra5
Rata-rata
4
0.1638
0.1171
0.0922
0.0781
0.0988
0.1100
6
0.2713
0.3058
0.2253
0.2258
0.2357
0.2527
8
0.3442
0.2144
0.2680
0.2899
0.2878
0.2808
Didapatkan grafik hubungan antara waktu penahanan dengan tebal lapisan seperti ditunjukan pada gambar 5.
10
Tingkat Kekasaran Rata‐rata (µm)
0.3
Tingkat Kekasaran Rata‐rata (µm) 0,2808
0,2527
0.25 0.2
Tingkat Kekasaran Rata‐rata (µm)
0.15 0,11
0.1 0.05 0 0
2
4
6
8
10
Waktu tahan celup (detik)
Gambar 5. Grafik hasil kekasaran pada baja karbon sedang yang di lapisi tembaga. b. Pembahasan Dari data hasil pengujian ketebalan lapisan proses elektroplating kalau kita amati didapatkan ketebalan lapisan yang waktu tahan celup 8 detik lebih tebal lapisannya dibandingkan waktu tahan yang lain cenderung lebih lama 4 dan 6 detik. Sedangkan data hasil pengujian kekasaran permukaan plat baja karbon sedang yang di lapisi tembaga dengan waktu tahan celup 4 detik diperoleh tingkat kekasaran rata-rata 0.2527 µm, waktu tahan celup 6 detik diperoleh tingkat kekasaran rata-rata 0.2808 µm, dan untuk waktu tahan celup 8 detik diperoleh tingkat kekasaran rata-rata 0.1100 µm. Kita amati pada waktu tahan celup 8 detik mempunyai tingkat kekasaran paling tinggi dibandingkan waktu tahan 4 dan 6 detik. Dari hasil pengamatan dan analisa data pada material baja karbon sedang yang telah mengalami proses elektroplating (pelapisan tembaga), menunjukkan bahwa semakin lama penambahan waktu pada proses pencelupan maka akan semakin tebal lapisan tembaga. Elektron yang lepas dari atom-atom tembaga meninggalkan anoda yang kemudian masuk kedalam larutan sebagai ion tembaga. Dalam
11
hal ini anoda logam tembaga terjadi reaksi kimia dan di katoda Cu+2 direduksi. Atom-atom tembaga (Cu) akan direduksi menjadi Cu+2 di anoda dan Cu+2 di reduksi menjadi atom Cu dan logam Cu ini akan menempel katoda sehingga benda akan terlapisi dengan tembaga. Semakin lama
waktu deposisi semakin banyak ion tembaga yang
menempel pada katoda dengan demikian lapisan yang terbentuk semakin tebal. (Riyanto, Ph.d. Elektrokimia dan aplikasinya. 2013). E. KESIMPULAN DAN SARAN 1. Kesimpulan Dari data hasil pengamatan dan analisis maka dapat disimpulkan sebagai berikut : a. Pengujian ketebalan lapisan menggunakan coating gauge pada waktu 4 detik tegangan 12 volt tebal lapisan rata-rata 0.755 µm, pada waktu 6 detik tegangan 12 volt tebal lapisan rata-rata 0.622 µm, dan pada waktu 8 detik tegangan 12 volt tebal lapisan ratarata 0,622 µm. b. Pengujian kekasaran lapisan menggunakan surface roughness pada waktu 4 detik tegangan 12 volt kekasaran lapisan rata-rata 0.1100 µm, pada waktu 6 detik tegangan 12 volt kekasaran lapisan rata-rata 0.2527 µm, dan pada waktu 8 detik tegangan 12 volt kekasaran lapisan rata-rata 0.2808 µm. 2. Saran Dari penelitian yang dilakukan penulis mempunyai beberapa saran sebagai berikut : 1. Merubah perbandingan larurutan elektrolit, mengurangi takaran aquadesnya. 2. Tempat larutan atau bak di modifikasi seperti menambah filter supaya air tetap mengalir dan disaring. 3. Waktu tahan celup ditambah semakin lama. 12
DAFTAR PUSTAKA
Alin, 2010, Tugas Akhir :
pengaruh tegangan pada proses
electroplating pada baja dengan pelapis krom dan seng terhadap nilai kekerasan dan laju korosi. Alois schinmeetz, Karl Gruber 1985, Dasar-dasar elektroplating, Jakarta, PT Gramedia Pustaka Utama. Bradbury,E. J., 1990, Dasar Metalurgi Untuk Rekayasawan, Jakarta, PT Gramedia Pustaka Utama. Candra, W., (2009), meneliti tentang pengaruh pelapisan nikel proses elektroplating terhadap harga fatigue, tarik dan struktur mikro poros roda depan merk Tiger. Hartomo Anton, J. ; kameko T, 1992, Mengenal Pelapisan Logam (elekroplating), Andi Offset, Yogyakarta. Raharjo, 2010, Tugas Akhir : proses
pengaruh tegangan listrik dan waktu
electroplating
terhadap
ketebalan
dan
juga
kekerasan ada baja ST 40 yang dilapisi krom. Riyanto, 2013, Elektrokimia dan Aplikasinya, Andy Offset, Yogyakarta Sembada, H.R., 2008,Tugas Akhir : pembuatan dies dengan metode elektroplating tembaga nikel dan khrom dengan variasi waktu pencelupan 2400 s, 3000 s, 3600 s dan rapat arus 7 Ampere pada polimer dengan menggunakan metode penggrafitan. Setyanto, Boedhy, 2011, Expert in The Word of Chrome, Total Chrome, Kartasura.
