Jurnal Foundry Vol. 2 No. 1 April 2012 ISSN : 2087-2259 PENINGKATAN KETAHANAN KOROSI BAJA JIS S45C HASIL ELECTROPLATING NIKEL PADA APLIKASI MATERIAL CRYOGENIC Mirza Pramudia1 Fakultas Teknik, Universitas Trunojoyo, Madura Jl. Raya Telang, Po. Box 2 Kamal, Bangkalan
1
Email :
[email protected]
Abstrak Material logam, khususnya baja pada aplikasi konstruksi dapat mengalami kerusakan sehingga berakibat pada penurunan kualitas dan berkurangnya kekuatan material. Oleh sebab itu, maka logam hendaknya dapat ditingkatkan kualitasnya dengan menggunakan metode finishing. Beberapa proses penting finishing adalah electroplating, anodizing, dan electropolishing. Pada proses electroplating, nikel banyak dipergunakan sebagai logam pelapis dikarenakan mempunyai keuletan yang baik, daya hantar listrik dan termal yang baik, serta dapat dipergunakan dalam aplikasi yang membutuhkan ketahanan terhadap temperatur tinggi (cryogenic). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui variasi parameter jarak anoda-katoda terhadap ketahanan korosi material JIS S45C hasil electroplating nikel. Kata Kunci : Baja JIS S45C, jarak anoda-katoda, ketahanan korosi, electroplating
A. PENDAHULUAN Proses electroplating merupakan elektrodeposisi pelapis/coating logam melekat ke elektroda untuk menjaga substrat dengan memberikan permukaan dengan sifat dan dimensi berbeda daripada logam basisnya tersebut (Hartomo, 1992). Maksud dari electroplating ialah demi tujuan penampilan (bagus, kilap, cemerlang), perlindungan (terhadap korosi), sifat khas permukaan serta sifat mekanis tertentu (OM Group, 2002). Logam, khususnya baja seperti juga bendabenda non logam lainnya dapat mengalami kerusakan yang berujung pada penurunan kualitas dan berkurangnya fungsi dari benda tersebut. Untuk pekerjaan pada lingkungan yang mempunyai kondisi temperatur yang berubah–ubah diperlukan peralatan yang terbuat dari material yang mempunyai ketahanan yang baik terhadap perubahan temperatur secara mendadak/ekstrim (Parthasaradhy, 1998). Salah satu metode yang dipakai untuk memperoleh material tersebut adalah dengan proses pelapisan. Pada proses pelapisan logam, nikel banyak digunakan dengan tujuan sebagai fungsi dekoratif dan juga fungsi aplikatif (Pletcher dkk, 1990). Nikel memiliki sifat kekerasan yang tinggi, keliatan/keuletan yang
baik, dan relatif tahan terhadap serangan korosi. Oleh sebab itu nikel dapat dipergunakan dalam aplikasi yang membutuhkan ketahanan terhadap gesekan dan temperatur tinggi (cryogenic) (Sanders, 1950). Pada proses pelapisan nikel digunakan Larutan yang dipergunakan dalam proses pelapisan nikel adalah larutan Watts yang terdiri dari larutan nikel sulfat, larutan nikel khlorida, dan asam borat. Keefektifan pelapisan logam dalam proses electroplating dipengaruhi oleh banyak hal, antara lain penempatan anoda-katoda yang berpengaruh terhadap ketebalan dan homogenitas lapisan yang terbentuk (Savolainen, 2005). Michael faraday menemukan hubungan antara produk suatu endapan dengan jumlah arus dan waktu yang digunakan yang dinyatakan dengan rumus : w =
itA (gr) atau zF
Dengan : w = i = A = Z = t = e =
w=
e i t 96.500
berat logam yang diendapkan (N) arus yang digunakan (ampere) berat atom (N/mol) valensi waktu (detik) berat ekivalen
14
Jurnal Foundry Vol. 2 No. 1 April 2012 ISSN : 2087-2259 Ketebalan deposit dapat diperoleh dengan asumsi deposit sepanjang permukaan seragam. Untuk mengetahui ketebalan deposit, maka harus diketahui density dari logam dan hubungan tersebut dapat ditulis (Sanders, 1950): Density =
memiliki fungsi untuk mengontrol pH dari larutan. Skema dari proses electroplating dapat dilihat pada Gambar 1.
massa kg volume m 3
Ketebalan dari deposit ditentukan dengan rumus :
Ketebalan =
volume m luas permukaan
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk me
Untuk membatasi permasalahan pada penelitian agar tidak meluas, maka diperlukan beberapa variabel penelitian konstan antara lain : 1. Spesimen yang digunakan yaitu baja JIS S45C sebagai katoda 2. Waktu berlangsungnya proses pelapisan sama 3. Konsentrasi larutan elektrolisa dan dimensi spesimen adalah konstan 4. Pengaruh yang diamati adalah pengaruh dari variasi temperatur jarak anodakatoda sedangkan pengaruh yang lain dianggap konstan. 5. Hanya membahas mengenai pengaruh proses electroplating terhadap ketahanan korosi material JIS S45C B. METODOLOGI PENELITIAN Spesimen pada penelitian ini adalah baja JIS S45C dengan komposisi kimia (44,152%Fe, 20,34 %Si, 6,21 %Mn, 2,14 %P). Spesimen yang digunakan pada pengujian korosi berbentuk lingkaran dengan diameter 14 mm dan tebal 4 mm. Proses electroplating dilakukan pada temperatur 60 0C dan jarak anoda-katoda yang digunakan adalah 3 cm, 5 cm, 7 cm, dan 9 cm. Larutan yang digunakan pada proses penelitian adalah larutan Watts yang terdiri dari nikel sulfat, nikel khlorida, dan asam borat. Nikel sulfat merupakan pemasok ion nikel utama sedangkan nikel khlorida memasok khloridanya yang bertujuan untuk mencegah agar anoda tidak pasif. Sedangkan asam borat
Gambar 1. Skema Electroplating Pengujian korosi dilakukan dengan prinsip sel 3 elektroda. Berdasar hasil pengujian akan diketahui arus korosi dari sampel, untuk digunakan sebagai acuan menentukan laju korosi setiap sampel. Pengujian dilakukan di BATAN dengan jenis alat uji yaitu Alat korosi Potensial/Galvanostat PGS 201T. Ukuran benda uji korosi ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Spesimen uji korosi
15
Jurnal Foundry Vol. 2 No. 1 April 2012 ISSN : 2087-2259 Pengujian Korosi
(a) Gambar 3. Bak electroplating C. HASIL DAN PEMBAHASAN Berat lapisan nikel Tabel 1. Berat lapisan nikel (N)
Jarak Anoda-Katoda (cm) 3
5
7
9
1,41
1,35
1,16
1,1
1,5
1,45
1,14
1.24
1,42
1,51
1,03
1.35
1,36
1,26
1,24
1,23
1,62
1,47
1,42
1,26
1,62
1,46
1,38
1,32
1,63
1,49
1,39
1,41
1,62
1,47
1,41
1,15
1,98
1,55
1,24
1,27
1,91
1,56
1,3
1,39
1,85
1,56
1,34
1,26
1,87
1,46
1,36
1,35
(b)
(c)
(d) 16
Jurnal Foundry Vol. 2 No. 1 April 2012 ISSN : 2087-2259
(e)
Densitas Arus Korosi (µA/cm2)
Gambar 4. (a) Grafik uji korosi spesimen Raw Material (b) Grafik uji korosi spesimen jarak anoda-katoda 3 cm (c) Grafik uji korosi spesimen jarak anoda-katoda 5 cm (d) Grafik uji korosi spesimen jarak anoda-katoda 7 cm (e) Grafik uji korosi spesimen jarak anodakatoda 9 cm
250 200 150
Electroplating
100 Raw Material 50 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Jarak Anoda-Katoda (cm)
Gambar 5. Hubungan jarak anoda-katoda
terhadap densitas arus korosi
Laju Korosi (mmpy)
2,000 1,800 1,600 1,400
Raw Material
1,200
Electroplating
1,000 0,800 2 3 4 5 6 7 8 9 10
densitas arus korosi. Semakin lebar jarak anoda-katoda berpengaruh pada semakin meningkatnya densitas arus korosi sehingga berakibat pada peningkatan laju korosi spesimen baja JIS S45C. Gambar 6 menunjukkan adanya peningkatan laju korosi dengan semakin meningkatnya jarak anoda-katoda pada proses electroplating. Hal ini dikarenakan semakin lebar jarak anoda-katoda, maka deposit lapisan yang terbentuk pada proses electroplating akan semakin tipis dan tidak homogen. Lapisan yang tipis dan tidak homogen akan berpengaruh pada ketahanan korosi material baja JIS S45C. Semakin tipis lapisan yang terbentuk akan berakibat semakin lemahnya ikatan molekul antara substrat (logam induk) dengan lapisan tersebut. Hal ini akan memicu terjadinya inisiasi crack apabila logam tersebut diaplikasikan pada temperatur dengan perubahan yang sangat ekstrim (cryogenic) (Threthewey dan Chamberlain, 1991). D. KESIMPULAN Material cryogenic merupakan material yang diaplikasikan pada lingkungan dengan kondisi perubahan temperatur yang ekstrim. Oleh sebab itu, material tersebut diharuskan memiliki kekuatan dan ketahanan korosi yang tinggi. Salah satu cara untuk meningkatkan kekuatan mekanik material cryogenic adalah dengan proses electroplating. Keefektifan pelapisan logam dalam proses electroplating salah satunya dipengaruhi oleh penempatan anoda-katoda yang berpengaruh terhadap ketebalan dan homogenitas lapisan yang terbentuk. Penelitian ini menyimpulkan bahwa semakin lebar jarak anoda-katoda pada proses electroplating, maka akan berakibat pada penurunan ketahanan korosi material JIS S45C.
Jarak Anoda-Katoda (cm)
DAFTAR PUSTAKA Gambar 6. Hubungan jarak anoda-katoda
terhadap laju korosi
Hartomo, Anton, J. 1992. Pelapisan Logam, Offset,Yogyakarta.
Mengenal Andi
Gambar 5 menunjukkan grafik hubungan jarak anoda-katoda terhadap 17
Jurnal Foundry Vol. 2 No. 1 April 2012 ISSN : 2087-2259 OM Group, Inc., 2002, Nickel Plating Handbook, New York Stock Exchange (OMG), New York Parthasaradhy, NV, 1998, Practical Electroplating Handbook, Prenticehall, Inc, New Jersey. Pletcher, Derek, dan Frank C.W. , 1990,.Industrial Electrochemistry 2nd Edition, Chapman and hall, Ltd., New York. Sanders, A.H. 1950. Electroplating, International Textbook. Co., New York. Savolainen, Kati. 2005. Materials Selection For High Temperature Applications. Laboratory of Engineering Materials Espoo, Inc. Trethewey dan Chamberlain, J. 1991. Korosi untuk mahasiswa dan rekayasawan, Gramedia, Jakarta
18
