PENGENALAN KOROSI JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI FTI ITS NO, DEA

PENGENALAN KOROSI

Prof. Dr. Ir. SULISTIJON NO, DEA

JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI FTI‐ITS


INTRODUKSI Definisi : perusakan, penurunan mutu material (logam) akibat terjadinya reaksi dengan lingkungannya. g g y

Korosi adalah suatu pokok bahasan yang menyangkut berbagai disiplin p ilmu seperti p : fisika, kimia, metalurgi, g elektrokimia, perekayasaan dan thermodinamika.

Fisika, Kimia

Ketahanan korosi

Thermodinamika

Rekayasa

Metalur gi gi Prof. Dr. Ir. SULISTIJON NO, DEA

elektrokimia l k k

Klasifikasi menurut mekanisme terjadinya:


• Korosi temperatur rendah (low temperature corrosion/wet corrosion/electrochemical corrosion) Reaksi Elektrokimia Reaksi Elektrokimia mis: korosi di media yang mengandung uap air atau air atau di media elektrolit • Korosi temperatur tinggi (high temperature corrosion/dry p gg ( g p / y corrosion/chemical corrosion/ oxidation) / / Reaksi Kimia mis: korosi pada ruang bakar, sudu turbin gas

Unit Satuan LAJU KOROSI 1. 2. 3. 4.

Pengurangan berat Pengurangan berat = g atau mg g atau mg Berat/satuan luas permukaan logam = mg/mm2 Berat perluas perwaktu : mg/dm2.day (mdd), g/dm2.day, g/cm2.hour, g/m hour g/m2.h, moles/cm h moles/cm2.h h Dalam penetrasi per waktu : inch/year, inch/mounth, mm/year, miles/year (mpy), 1 mils = 1 milli inch = 0,001 inch

mpy = 534 W/DAT Dimana : i

W = berat yang hilang, mg b hil D = density benda uji korosi (g/cm3) A = luas permukaan , in2 T = waktu, hour


Ekspresi satuan mpy (miles/year) bisa dihitung dengan rumus Ekspresi satuan mpy (miles/year) bisa dihitung dengan rumus

Laju Korosi

= massa/waktu = density. Vol/waktu = density.tebal.luas/waktu /

density.tebal.luas/waktu = Massa/waktu

(mpy) = (534)(mg)/(gr/cm3). (in2).(hour)


T b l/ kt M Tebal/waktu = Massa/density.luas.waktu /d it l kt

1. Siapkan beberapa coupon dari bahan yang akan diukur LK nya LK nya 2. Ukur dimensi masing2 coupon, timbang masing2 coupon 3. Masukkan coupon dalam media elektrolit selama waktu t t yang berbeda b b d 4. Lakukan kembali langkah 2 5. Plot dalam grafik selisih berat/luas vs waktu. 6. Dengan rumus persamaan umum garis (Dm/Ao)n = k.t hitunglah harga n dan k. 7 Harga n dan k dicari dengan melinierisasikan persamaan 7. Harga n dan k dicari dengan melinierisasikan persamaan umum secara logarithmik. 8. n menunjukkan derajat (power) dari persamaan dan k menunjukkan konstanta laju korosi (LK) yang mewakili j kk k t t l j k i (LK) kili kurva (persamaan garis).


Cara menghitung laju korosi (LK)

Masukkan semua spesimen dalam elektrolit

t1 Æ m1 Æ Dm1 = m0‐m1 Æ Dm1/A0 t2 Æ m2 Æ Dm2 = m0‐m2 Æ Dm2/A0 t3 Æ m3 Æ Dm3 = m0‐m3 Æ Dm3//A0 t4 Æ m4 Æ Dm4 = m0‐m4 Æ Dm4/A0 t5 Æ m5 Æ Dm5 = m0‐m5 Æ Dm5/A0 t6 Æ m6 Æ Dm6 = m0‐m6 Æ Dm6/A0 Dst..dst..dst..

Dibuat grafik Dm/A0 sebagai fungsi t fungsi t ( Dm/A0 vs t )

t


Siapkan beberapa Si k b b spesimen Ukur luas permukaan A0 dan permukaan A dan massa m0

Spesimen diambil p satu demi satu dengan waktu celup yang berbeda, lalu ditimbang

Dari rumus (Dm/Ao)n = k.t yang dikalikan dengan log, diperoleh : n. log (Dm/Ao) = log k + log t log (Dm/A ( /Ao) = (1/n) log t + (1/n) log k ) (1/ ) l t (1/ ) l k Persamaan diatas adalah persamaan garis lurus y = mx + c Dimana : y = log (Dm/Ao) m = (1/n) x = log t c = (1/n) log k c = (1/n) log k

m = (1/n) Æ n diperoleh

Log t

c = (1/n) log k, n sudah diperoleh dan k bisa dicari

k adalah konstanta laju korosi kurva lengkung


Semua data (Dm/Ao) dan t yang ada dijadikan log (Dm/Ao) dan log t Lalu dibuat grafiknya : g y

Metode untuk mempelajari korosi Metode untuk mempelajari korosi 1. Theori klasik : theory elektrokimia 2. Theory modern : prinsip thermodinamika Theory modern : prinsip thermodinamika


Pemilihan bahan pemilihan bahan yang tepat akan mengoptimumkan hambatan terhadap korosi dan sangat mengurangi biaya perawatan yang dibutuhkan selama masa pakai dari perawatan yang dibutuhkan selama masa pakai dari komponen tersebut.

Biaya Perawatan Biaya Perawatan Biaya awal rendah pera atan tinggi perawatan tinggi Biaya awal tinggi perawatan rendah t d h

waktu


bi biaya

Theory Klasik y (Prinsip Elektrokimia) KOROSI BASAH

(Prinsip Thermodinamika)


Th Theory Modern M d

Theory Klasik

Katoda Anoda

Elektrokimi a

Reaksi Elektrokimia

Elektroli t

Pasivasi Pasivasi

Kontak

Pol. aktivasi Polarisasi P l K Pol. Konsentrasi t i

Lingkungan

Oksigen/ oxidizer

(elektrolite )

agitasi (pengadukan) agitasi (pengadukan)

Metalurgy (logam) (logam)

Temperatur, bakteri, konsentrasi, pasangan galvanic, pH, elektrolite, komposisi l k li k ii Kondisi permukaan, struktur, impurities batas butir kristal impurities, batas butir kristal dual phases


Tiga aspek peninjauan korosi

ASPEK ELEKTROKIMIA REAKSI ELEKTROKIMIA PASIVASI POLARISASI Prof. Dr. Ir. SULISTIJON NO, DEA

1. 2. 3 3.

Struktur Logam Struktur Logam e

Atom terdiri dari inti dan awan elektron. Inti bermuatan positip dan awan elektron bermuatan negatif. Besar muatan + dan – adalah sama Sehingga atom adalah sama. Sehingga atom tidak bermuatan (netral)

P+N

Pada inti terdapat proton yang bermuatan positip dan netron yang tidak bermuatan Pada inti terdapat proton yang bermuatan positip dan netron yang tidak bermuatan

Reaksi Elektrokimia Anoda : melepaskan elektron (terkorosi). reaksinya M ÆMn++ne‐ • Katoda : menerima elektron reaksinya ada beberapa kemungkinan ‐ Evolusi Hidrogen : 2 H+ + 2e‐ ÆH2 ‐ Reduksi Oksigen (diudara) :O2 + 2e‐ ÆO2‐ ‐ Redusi Oksigen (asam) : O2 + 4 H+ + 4e‐ Æ2H2O ‐ Redusi Oksigen (basa dan netral) : O2 + 2H2O + 4e‐ Æ 4 OH‐ ‐ Redusi Logam : M3+ + e‐ Æ M2+ ‐ Proses Pengendapan :M+ + e‐ Æ Mo Contoh : besi dalam larutan asam Fe + 2 HCl Æ FeCl2 + H2 oksidasi

Fe2+ + 2e‐ ((oksidasi))

Fe Æ 2H+ + 2e‐ Æ H2 (reduksi)

reduksi


•

Anoda (terkorosi) ELEKTRODA

Potensial anoda lebih rendah d/p Pot. k d katoda

Katoda (terproteksi/tak terkorosi) 4

1 . Anoda 2 . Katoda

1

2 3

Ada beda potensial antara anoda dan katoda

3. Elektrolit Elektrolit 4 . Kontak Metalik


Korosi akan terjadi bila ada 4 komponen

Arus listrik mengalir dari elektrode dgn Pot. Tinggi (Katode) menuju elektrode dgn Pot. Rendah (anode). Sedangkan arus elektron e‐ mengalir dari elektrode dgn Pot. Rendah (Anode) menuju elektrode dgn Pot. Tinggi (Katode).

4

i

e ‐

i

1

2

3


e ‐

Apa yang terjadi di Anoda ??

Karena anode terpaksa p mengalirkan g elektronnya y via kontak metalik ke katode, maka agar tidak kelebihan muatan positip, anode terpaksa juga melepaskan proton (ion +) nya yang bermassa ke elektrolit. Ion positip tsb.(M+) bereaksi dengan ion negatip dari elektrolit (X‐) membentuk endapan yang melekat di anode sebagai karat (MX) atau mengendap dielektrolit. Anoda berkurang massanya (terkorosi) e ‐ 4 i

e ‐

1

2 M+ 3

X‐


i

Apa yang terjadi di Katoda ??

Karena katode menerima elektronnya y dari anode,, maka p pada p permukaan katode terjadi reaksi katodik, dimana elektron akan berada dipermukaan katode dan bereaksi dengan ion positip dari elektrolit misalnya H+ membentuk molekul H2 yang berupa gelembung gas. Dengan demikian katode terproteksi

4

i

e ‐

i

1

2 M+ 3

X‐

H+


e ‐

Bagaimana reaksi di Anode dan di Katoda ?? Misalnya Anoda Besi (Fe) dan katode Emas (Au) dilingkungan air (H2O) Misalnya Anoda Besi (Fe) dan katode Emas (Au) dilingkungan air (H2O)

e ‐

i

e ‐

Fe++ + H OH‐


i

Reaksi di Anode : R. Oksidasi, membuang elektron M Æ M+ + ne ‐ Untuk besi : Fe Æ Fe 2+ + 2 e –


Reaksi di Katode : R. Reduksi, mengkonsumsi elektron Ada beberapa kemungkinan reaksi yang bisa terjadi • M+ + ne ‐ ÆM (mengendap) ÆM ( d ) • Pembentukan gas H2 : 2H+ + 2e ‐ ÆH2 • Reduksi Oksigen (asam) : O2 + 4H + +4e ‐ Æ 2H2O • Reduksi Oksigen (basa/netral) : O g ( / ) 2+ 2H2O+4e ‐ Æ4OH‐ • Reduksi ion logam : Fe3+ + e Æ Fe2+

O2 A = B = logam yang sama

A

B

A A d A = Anoda

A

B

K = Katoda PEB > PE > PEA

2

O2

A = Katoda

Pro of. Dr. Ir. SULLISTIJONO, D DEA

1

O2

A

B = Anoda

B

A

B

PEA > PEB 3

A = Katoda ; B = Anoda

4

B terdesolusi (terkorosi) bila waktu diperpanjang

A

B

Elektrolit D

Sekat berpori

Logam A = B, dimasukkan dalam elektrolit yang berbeda yaitu Elektrolit C dan D yang dipisahkan oleh sekat berpori. Bila A dan B dihubungkan akan terjadi beda potensial karena dicelup dalam larutan yang berbeda (sel elektrokimia)


Elektrolit C

Rangkuman :

•

Arus listrik i akan mengalir dari elektrode satu ke yang lain karena adanya p beda potensial antar kedua elektrode. Beda potensial bisa disebabkan oleh : 1. Sel Galvanik 2. Sel Aerasi Diferensial 3 Sel Elektrokimia 3. Sel Elektrokimia Prof. Dr. Ir. SULISTIJON NO, DEA

•

•Aliran arus listrik (i) berlawanan dengan arah aliran elektron. •Logam dengan PE (Potensial Elektroda) yang lebih rendah terhadap pasangannya akan berperan sebagai “anoda” (terkorosi), yang PE nya lebih tinggi k b b i“ d ” (t k i) PE l bih ti i sebagai “katode”(terproteksi).


•Anoda mengeluarkan e‐ sehingga kelebihan muatan (+). Agar logam (anoda) b d d l berada dalam kondisi seimbang maka muatan (+) berupa ion M k di i i b k t (+) b i M+ dilepaskan dil k didalam elektrolit.

Problem Sebuah lempeng logam “terkorosi” didalam elektrolit, tentukan katoda dan anodanya ‐0,44 Volt ,

Terkorosi

‐ + +

‐

‐

+

‐

‐ Anoda + Katoda ‐0 0,41 Volt 41 Volt


‐0,47 Volt 0 47 V lt

Polarisasi Penyimpangan laju reaksi elektrokimia (perubahan potensial elektroda) dari kondisi keseimbangannya kondisi keseimbangannya.

1.

Polarisasi Aktivasi Æ spesies aktif tinggi, tidak ada pengaruh agitasi

2.

Polarisasi Konsentrasi Æ difusi


2 type polarisasi

Polarisasi Konsentrasi (Encer)


Polarisasi Aktivasi (Pekat)

Pasivasi

:

Hilangnya reaksi korosi akibat terbentuknya lapisan pasif pada permukaan logam pada permukaan logam. Pasivasi hanya terjadi pada logam tertentu (Cr, Ni, Al, Ti, Zr )dan pada media tertentu saja )dan pada media tertentu saja.

Lapisan pasif Logam

Logam aktif


Logam pasif

ASPEK LINGKUNGAN •Oksigen/ oxidizer •Agitasi (pengadukan) •Temperatur, •Bakteri, •Bakteri •Konsentrasi, •Pasangan galvanic, •pH, •Komposisi

OKSIGEN / OXIDIXER 1

2

3

1 1.

C d l Cu dalam H H2SO4 + O O2 Fe dalam H2SO4 + O2

1 2 1 – 2

18 Cr 8Ni dalam H 18 Cr – 8Ni dalam H2SO4 + Fe + Fe33+ Ti dalam HCl + Cu2+

2

18 Cr – 8Ni dalam HNO 18 Cr 8Ni dalam HNO3 Hastelloy C dalam FeCl3

2 – 3

18 Cr – 8Ni dalam HNO3+ Cr2O3

1 – 2 – 3

18 Cr – 8Ni dalam H2SO4 (P) + HNO3(P)

Prof. Drr. Ir. SULISTIJJONO, DEA

Penambahan Oksigen/oxidizer

• Lingkungan Lingkungan dengan sirkulasi oksigen yang dengan sirkulasi oksigen yang berbeda akan memberikan laju korosi yang berbeda terhadap logam berbeda terhadap logam. • Sirkulasi Oksigen yang bagus akan cenderung mendorong reaksi katodik dan sebaliknya mendorong reaksi katodik dan sebaliknya daerah stagnant akan mendorong reaksi anodik (korosi) seprti ruang pengap celah anodik (korosi), seprti ruang pengap, celah sempit,dll.


Aerasi

Agitasi /Aliran Agitasi /Aliran Pb dalam H2SO4 Fe dalam H2SO4 (p)

1

2

1: Fe dalam H2O+ O2 1‐2 : SS dlm H2SO4 + Fe3+

Agitasi/aliran/pengadukan


Fe dalam HCl SS dalam H2SO4

Temperatur Temperatur

SS dlm H2NO3 SS dlm H2NO3 Ni dlm NaOH

Temperatur


SS dlm H2SO4 dl Ni dlm HCl Fe dlm HF temp tinggi

Konsentrasi A 2 1

B

•

A : 1

Ni dalam NaOH SS dalam HNO3 H t ll B d l Hastelloy B dalam HCl HCl 1 – 2 Pb dalam H2SO4 B

: Al dalam HNO3 SS dalam H2SO4 Fe dalam H2SO4


Konsentrasi

H +

H‐OH

OH ‐

1 asam 7 netral 14 basa


pH p

Bakteri •

• •

Bukan bakteri yang memakan logam SO42‐ Æ S2‐ (bakteri) B kt i Bakteri yang memakan sulfat dan mengeluarkannya dalam bentuk k lf t d l k d l b t k reduksi sulfat seperti H2S, H2S (korosif) bereaksi dengan Fe Æ FeS (hitam) F + H2S Æ Fe + H S Æ FeS + H F S + H2 Pengujian FeS + HCl Æ FeCl2+ H2S (tercium bau busuk) Anaerob, sehingga bisa hidup dibawah kerak, deposit, shine dll.

a

c

b

d e


•

Komposisi Elektrolit Komposisi Elektrolit Adanya bahan pengotor pada elektrolit: CO2,; SO2 ; SO3 ; H2S Æ menurunkan pH Æ asam Æ korosif

Tanah A

Anodik

Tanah B

Katodik

PEA > PE > PEB


BEDA POTENSIAL MEDIA / GALVANIK BEDA POTENSIAL MEDIA / GALVANIK

Aspek Metalurgi (L (Logam) )

Oksida Kromium Komposisi -Dual

Phases

-Impurities p -Kadar

Cr dan Al didalam baja


Struktur / sistem kristal Struktur / sistem kristal

Grain 1. Grain

Pot GB>Grain

GB ‐ Terkorosi

Impurities Pot A> pot B Elemen basis B Impurities

3. Dual Phase

A = Cu B = Zn


2. Impurities

K di i P Kondisi Permukaan k : Permukaan logam yang tidak rata menyebabkan erosi bila ada aliran aliran. Fluida Æ l d Æ Erosi deposit

Kebersihan permukaan, ada/tidaknya lapisan tipis dan zat asing dapat memberikan pengaruh kuat terhadap inisiasi dan kecepatan korosi.


Ceruk

Pengaruh Unsur Paduan Didalam Logam Ferrous

• • • • • • • • •

Se, Cu, Zr, Te, P : meningkatkan machinability. Mo : mempengaruhi passivity Mo : mempengaruhi passivity W : tidak berpengaruh terhadap korosi, memperbaiki sifat mekanik pada temperatur rendah dan tinggi. Mn : elemen penstabil austenit, pada pemberian beban impak akan p ,p p p menaikkan sifat mekaniknya. Ni : penstabil austenite, memperbaiki sifat mekanik pada temperatur tinggi. Cu : meningkatkan pengaruh Ni. Ti, Nb : mencegah presipitasi karbida. Co : pengaruhnya seperti Ni dan untuk prothese. Si : menghambat aksi oksigen/gas oksidator pada temperatur tinggi dan jika >3,5% menghambat korosi general/intergranular. B : kadar sangat rendah Æ menaikkan sifat mekanik pada temperatur ti i tinggi Cr : penstabil ferrite, menaikkan ketahanan korosi Al : menaikkan ketahanan korosi pd temperatur tinggi


• • •

PENGENALAN KOROSI JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI FTI ITS NO, DEA

Recommend Documents