PROSES MANGANESE PHOSPATING SEBAGAI PERSIAPAN PERMUKAAN PADA APLIKASI COATING DI PELAT BAJA

SEMINAR NASIONAL KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA V

“Kontribusi Kimia dan Pendidikan Kimia dalam Pembangunan Bangsa yang Berkarakter” Program Studi Pendidikan Kimia Jurusan PMIPA FKIP UNS Surakarta, 6 April 2013

MAKALAH PENDAMPING

KIMIA FISIKA (Kode : F-05)

ISBN : 979363167-8

PROSES MANGANESE PHOSPATING SEBAGAI PERSIAPAN PERMUKAAN PADA APLIKASI COATING DI PELAT BAJA M. Fitrullah1, P. Tarigan2, Wahyudin3, dan Yuda Purwa Kusuma4 1, 4

Jurusan Teknik Metalurgi, FT-Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, Cilegon-Banten 2,3 Assosiasi Coating Indonesia (Ascoatindo), Bandung-Jawa Barat

*Keperluan Korespondensi: Muhammad Fitrullah; Jurusan Teknik Metalurgi, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa; Jl. Jenderal Sudirman Km 3 Cilegon, Banten 42435, Indonesia Telp: 0254-395502; 376712 ext. 17, Fax: 0254-395440, HP: 081314036547 E-mail: [email protected]

ABSTRAK Penggunaan manganese phospate lebih banyak diaplikasikan pada pelumasan karena menghasilkan lapisan yang tebal dan substrat yang terlapisi akan lebih tahan aus. Dikarenakan ketebalan yang hampir sama dengan metode phospating lainnya yaitu iron phosphate dan zinc phospate maka substrat yang telah dilapisi oleh manganese phospate kemudian di cat supaya bisa diketahui kekuatan pull off nya yang nantinya akan berkaitan dengan adhesion bonding dan ketahanan korosi. Variabel operasi yang digunakan adalah pengontrolan temperatur yaitu o o o temperatur 85 C,90 C,95 C, konsentrasi manganese phospate 25%, 30%, 35% dan waktu o kosntan yaitu 30 menit. Ketebalan tertinggi didapat pada temperatur 90 C pada kondisi 2 konsentrasi 30% dengan ketebalan 0,00098 g/cm dan ketebalan terendah didapat pada o temperatur 95 C pada kondisi konsentrasi 35% yaitu sebesar 0,00029. Hasil pengujian pull off didapatkan kekuatan pull off konsentrasi 30% memilik nilai tertinggi yaitu 4,5 MPa dan yang terendah adalah konsentrasi 25% yaitu sebesar 2,5 MPa. Hasil salt spray pada pengamatan visual memperlihatkan tidak ada cat yang terkelupas tetapi dilihat dari warna korosinya konsentrasi 25% yang tidak terlalu berubah warna maka bisa disimpulkan konsentrasi 25% lebih tahan korosi. Kata kunci: Manganese phosphate, cat, pull off menyebabkan

PENDAHULUAN Salah satu cara untuk menghambat

Semakin

terjadinya

bagus

kualitas

proses coating,

korosi. maka

laju korosi pada logam adalah dengan

semakin handal juga dalam menghalangi

pelapisan

reaksi korosi.

permukaan

(coating),

seperti: dan

Kualitas coating akan dipengaruhi

ialah

oleh pre-treatment yang dilakukan sebelum

memisahkan logam dengan lingkungannya,

proses coating. Pembersihan permukaan

sehingga

logam

metal

coating,

anorganics

organics

coating.

tidak

coating,

Prinsipnya

terjadi

kontak

yang

Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia V

dari

oksida

dan

minyak/lemak,

483

ISBN = 979363167-8

menjadi prosedur dasar dalam pelapisan.

terhadap nilai ketebalan lapisan. Di samping

Minyak/lemak yang berada dipermukaan

itu, juga akan dicari nilai adhesion bonding

disebabkan oleh

yang setelah diphosfatasi dengan adanya

part (komponen) logam

yang selalu dilapisi dengan minyak untuk

perubahan

menghindari

phospate.

terjadinya

karat

selama

konsentrasi Sementara

manganese

itu,

akan

dilihat

menunggu proses lanjutan. Akibatnya, daya

bagaimana

kohesi antara partikel cat lebih kuat daripada

struktur

daya adhesi logam dengan cat. Sehingga,

diphosfatasi dengan perubahan konsentrasi

hal ini menyebabkan cat tidak mudah

manganese phospate.

ketahanan

kristal

korosi

yang

dan

terbentuk

juga

setelah

menempel pada logam tanpa media khusus. Pre-treatment

ini

sangat

berguna

agar

METODE PENELITIAN

permukaan substrat mengikat kuat dengan

Penelitian

ini

dilakukan

dengan

pelapisnya. Sebagai tambahan, pelapisan

menempuh beberapa tahap, yaitu: tahap

konversi kimia menjadi pelengkap dalam

pertama adalah sampel di bersihkan dengan

pre-teratment

cuci basa (larutan NaOH) dan cuci asam

sebelum

proses

coating

dilakukan.

(H2SO4)

Pelapisan konversi kimia berguna

serta

dibilas

sampai

bersih.

Kemudian dilakukan pencelupan ke dalam

untuk mempersiapkan substrat logam agar

larutan

terjadi suatu reaksi kimia yang merubah

variasi kosentrasi 25%, 30%, dan 35%.,

permukaan substrat logam menjadi sebuah

variasi temperatur 85 C, 90 C dan 95 C,

campuran

yang

dan waktu 30 menit.

pelapisan.

Salah

menjadi satu

bagian

phosphate 0

0

dengan 0

yang

Tahap kedua, dilakukan pengamatan

digunakan dari pelapisan konversi kimia ini

dengan menggunakan mikroskop elektron

adalah phospate coating. Ada beberapa

(Scanning electron microscopy/SEM) untuk

jenis proses Phosphating yakni Besi (Iron),

menentukan kontur lapisan kristal phosfat

Zinc, Aluminium, dan manganese phospate.

yang terbentuk pada substrat. Selanjutnya,

Manganese

metode

dari

manganese

phospate

coating

dilakukan pengujian XRD (X-Ray Difraction)

menghasilkan ketebalan yang sangat tinggi

guna menentukan komposisi fasa yang

seperti zinc phosfat. Karena alasan ini, maka

terbentuk

pelapisan

Sementara itu, untuk mengetahui struktur

konversi

kimia

dengan

menggunakan manganese phospate banyak

mikro

diaplikasikan

metalografi

sebelum

pada

dilakukan

proses

pretreatment

proses

pengecatan

pada

lapisan,

lapisan

kristal

dilakukan

dengan

phosfat.

pengamatan

mikroskop

optik.

Pengujian lain adalah salt spray, yang

(coating). Selain dari pada itu, Manganese

berguna

phospate juga memiliki kemungkinan besar

korosi. Dan untuk mengetahui kekuatan

untuk

adhesi lapisan, maka dilakukan pengujian

menghasilkan

adhsesion

bonding

yang kuat. Penelitian

untuk

mengetahui

ketahanan

pull off. ini

akan

mencari

pengaruh variasi temperatur dan konsentrasi


484

ISBN = 979363167-8

.

HASIL DAN PEMBAHASAN Analisa

dan

pengujian

pada

penelitian ini terdiri dari, analisa gravimetri untuk mengetahui ketebalan, XRD, SEM, Metalografi, pull off, dan salt spray. 1. Hasil Analisa Gravimetri Setelah

dilakukan

proses

phospating

dikeringkan terlebih dahulu lalu ditimbang. Maka terjadi pertambahan berat sehingga ada

lapisan

dimana

phosphate

pertambahan

yang

terbentuk

berat

setelah

Gambar 1. Grafik pengaruh temperatur terhadap

ketebalan

lapisan

mangan

phosphate

phosphate dikurangi berat awal sebelum phosphate dengan persamaan:

Perubahan fosfat primer yang larut menjadi fosfat tersier yang tak larut terjadi

...............(1)

dengan regenerasi asam fosfat. Adanya sejumlah asam fosfat bebas dapat menekan

M adalah ketebalan posfat yang terbentuk 2

hidrolisis dan menjaga kestabilan bath untuk

2

(g/cm ), S adalah luas area (cm ). m1 adalah

mengefektifkan pengendapan lapisan fosfat.

berat

di

Temperatur yang tinggi dapat memudahkan

pelapisan(g), dan m 2 berat akhir setelah

pengendapan fosfat tersier. Oleh karena itu,

pelapisan (g). [Fachikov et.all, 2006].

jumlah asam fosfat yang banyak dibutuhkan

awal

yaitu

berat

sebelum

pada 2.

Pengaruh

Temperatur

Terhadap

temperatur

tinggi.

[T.S.N.

Sankara Narayanan, 2005]

Ketebalan Lapisan Manganese Phosphate Dalam hal ini temperatur berperan

kondisi

Hasil di atas dapat dinyatakan bahwa kuat

arus

yang

digunakan

sangat

dalam proses banyaknya endapan yang

berpengaruh terhadap hasil berat pelapisan,

menempel pada substrat. Penyebab naik

semakin tinggi kuat arus yang digunakan

turunnya ketebalan atau endapan yang

berat pelapisan akan semakin meningkat.

didapat adalah kestabilan reaksi. Reaksi

Hal

yang terjadi pada proses phospating adalah

meningkatnya kuat arus listrik yang mengalir

reaksi hidrolis dimana terjadinya pemisahan

maka jumlah ion-ion akan semakin banyak,

ion H

+

terurai

-

dan OH . menjadi

Senyawa Mn(H2PO4)2 MnHPO4

dan

H3PO4.

ini

disebabkan

sehingga ion-ion Sn

2+

karena

dengan

akan semakin banyak

mengendap pada katoda. Jumlah zat yang

Senyawa yang terurai terdiri dari asam

dihasilkan pada kuat arus tertentu

lemah dan basa lemah yang menyebabkan

digunakan

hidrolisis total terjadi. Ketika temperatur

ditentukan dengan menggunakan hukum

dinaikkan hanya sejumlah kecil dari senyawa

Faraday yang menyatakan bahwa jumlah zat

yang terhidrolisis.[Dewi A.Iryani dkk, 2009]

yang terdeposisi pada elektroda berbanding


pada

elektroplating

yang dapat

485

ISBN = 979363167-8

lurus

dengan

jumlah

arus

listrik

Pengaruh

konsentrasi

bertujuan untuk

mengetahui daya rekat yang dimiliki cat.

mengalir melalui sel elektrolisis. 3.

Pengujian pull off

yang

terhadap

Ketebalan Lapisan Manganese Phosphate Hubungan antara konsentrasi larutan

Akan terlihat hasil apakah adhesive failure atau

cohesive failure

atau sebagian

adhesive failure sebagian cohesive failure.

mangan posfat dengan ketebalan lapisan mangan posfat ditunjukkan pada Gambar 2.

Tabel 1. Data hasil pengujian pull off

Dimana, ketika konsentrasi bertambah maka reaksi

akan

bergerak

kearah

Konsentrasi

produk

Adhesion Bonding (MPa)

sehingga Asam phosphate terbentuk, tetapi

25%

2,5

karena kondisi larutan adalah basa sehingga

30%

4,5

asam phosphate yang dihasilkan terlalu

35%

3

sedikit dan phosphate sekunder dan tersier yang diharapkan mengendap pada substrat

Material adhesive yang digunakan adalah

sangat sedikit sekali. Substrat Fe pun tidak

alteco 110 dengan cat epoxy resin dengan

akan bisa memiliki muatan, jika tidak ada

waktu curing 7 hari. Tinggi rendahnya nilai

asam

pull off menujukkan bahwa seberapa kuat

yang

menyerang

dan

berakibat

bayank produk yang menjadi lumpur. Penambahan

akan

ini menunjukkan bahwa daya adhesi antara

meningkatkan laju reaksi, tetapi laju reaksi

substrat dan primer lebih besar dari pada

yang bertambah

mengakibatkan larutan

daya kohesif primer itu karena yang terjadi

semakin cepat mencapai kodisi tepat jenuh

semua konsentrasi lebih dominan pada

dan

cohesive failure dimana cat tidak terkelupas

akhirnya

konsentrasi

daya adhesi antara substrat dengan cat. hal

mencapai

lewat

jenuh.

Endapan terbentuk apabila kejenuhan dari

sehingga substratnya tidak terlihat total.

larutan tersebut terlampaui.

25%

30%

35%

Gambar 2. Grafik pengaruh konsentrasi larutan mangan posfat terhadap ketebalan

lapisan

Gambar 3. Hasil pengujian pull off dengan konsentrasi 25%, 30%, 35%.

mangan

posfat yang terbentuk Kohesif failure terjadi jika adhesi pada 4. Analisa Pengujian Pull Off

interface lebih melebihi kohesif dari lapisan cat [Schweitzer,Philip A, 2010]. Beberapa


486

ISBN = 979363167-8

faktor

kemungkinan

lemahnya

kekuatan

kohesif bisa disebabkan mixing yang kurang

dibandingkan dengan konsentrasi 30% dan 35%.

sempurna karena penggunaan thinner yang 6. Analisa Pengujian SEM

berlebih.

Pengujian

(Scanning

Electron

Microscopy) dan XRD ( X- Ray Difraction)

5. Analisa Salt Spray Hasil

SEM

pengujian

Salt

spray

secaa berurutan untuk mengetahui struktur

Konsentrasi mangan phosphate dari kiri ke

kirstal

kanan 25%, 30%, 35%. Perubahan warna

Berdasarkan literatur Kristal yang terbentuk

adalah

dari penelitian menggunakan manganese

indikasi

disebabkan

serangan

semprotan

korosi kabut

yang garam.

Dikarenakan lapisan catnya lebih tahan

yang

terbentuk

adalah

phosphate

seperti

Kristal

apa.

hureaulite

((MnFe)5H2(PO4)4). Pada proses fosfatasi menggunakan

korosi maka korosi merambat melalui sisi dari permukaan yang tidak dilapis cat

manganese

akibatnya terjadi korosi merata.

terbentuknya

phosphate

ini

diharapkan

kristal

((MnFe)5(PO4)4.4H2O).

hureaulite

Disebabkan karena

penambahan asam kromat yang memiliki konsentrasi yang terlalu tinggi yaitu sebesar

a

0,55% Penggunaan asam kromat yang

b

dianjurkan untuk 0,025 % - 0,05%.

Gambar

4.

c

Hasil pengujian salt spray

konsentrasi 25%, 30%, 35% (a). hari ke-1, (b). hari ke -2,

(

(c). hari ke – 3

(

Semakin merah warna dari substrat maka substrat tersebut makin terkorosi. Adanya perlakuan rinsing dengan asam kromat

mempengaruhi

korosi.

Kromat

sealing

atau

ketahanan

yang

pada

berfungsi

passivasi

korosi

ketahanan sebagai

memperbaiki

[Narayanan

Sankara,

Gambar

5.Struktur

Phosphate

mikro

perbesaran

Manganese 1200x.(a).

konsentrasi 25%, (b). konsentrasi 30 %, (c). konsentrasi 35%.

2005].

Asam

Terlihat bahwa pada konsentrasi 25%,

kromat

yang

seharusnya

asam kromat banyak yang mengendap pada

berperan untuk mengisi rongga – rongga

lapisan

menghasilkan

diantara lapisan phosfat yang terbentuk

lebih

ternyata menutupi lapisan phosfat bahkan

substrat

ketahanan

sehingga

korosi

yang

tinggi


487

ISBN = 979363167-8

merontokkan sebagian lapisan phosfat yang terbentuk.. Efek ini hanya dapat dipeoleh ketika 20-30% permukaan fosfat berkurang dari substrat. [Shreir.LL, 1994].

7. Analisa Pengujian XRD Pengujian X – Ray diffraction bertujuan untuk mengetahui Kristal apa saja yang terbentuk dan berapa banyak jumlahnya.

Gambar

8.

Hasil

XRD

konsentrasi

Manganese Phosphate 35%

Pengujian dengan XRD memperlihatkan hanya komposisi substrat yang terlihat. Dari hanya komposisi Fe yang terlihat. Komposisi Fe

yang

terbanyak

konsentrasi

25%,

terdapat

kemudian

pada

konsentrasi

35%, lalu konsentrasi 30%.

Kristal

hureaulite

tidak

terlihat

karena adanya rinsing menggunakan asam kromat dengan konsentrasi yang berlebihan yaitu sebesar 0,55% dan melebihi standard sehingga mengakibatkan tertutupnya lapisan phosfat dan lapisan yang terbentuk pun sangat tipis sekali.

Jika dilihat dari grafik

XRD lapisan phosfat dan unsur kromat dari proses sealing berada di ruas sebelah kiri dari puncak tertinggi dari intensitas Fe. Bidang yang terbentuk adalah bidang (010), (011), (030). Gambar

6.

Hasil

XRD

konsentrasi

8. Analisa Pengamatan Metalografi


Pada pengamatan metalografi ini adalah mengamati lapisan yang terbentuk dimana metalografi dilakukan bukan pada substrat permukaan melainkan dari samping permukaan.

Gambar

7.

Hasil

XRD

konsentrasi

Mangan ese phospat e

Lapisan cat

Mangan ese phospat

Lapisan cat substrat


substrat

Gambar

9.

Struktur

konsentrasi

lapisan 25%

coating

perbesaran

500x


488

ISBN = 979363167-8

permukaan dari base materialnya. [Asai,et al.2000]. Lapisan Cat

KESIMPULAN Penelitian ini menghasilkan beberapa kesimpulan, yaitu sebagai berikut:

substrat

substrat

1. Tidak selamanya pengaruh temperatur Gambar

10.

Struktur

konsentrasi

lapisan 30%

coating

perbesaran

500x

memiliki

hubungan

linear

terhadap

ketebalan, dan juga tidak selamanya konsentrasi

berhubungan

linear

terhadap ketebalan. Dari penelitian ini didapatkan hasil yang paling tebal yaitu Lapisan cat



Lapisan cat

o

pada temperatur 90 C pada kondisi konsentrasi 30% yaitu menghasilkan 2

ketebalan maksimal 0,00098 g/cm dan ketebalan minimum dihasilkan pada o

temperatur 95 C kondisi konsentrasi substr at

2

35% yaitu sebesar 0,00029 g/cm .

substr at

2. Berdasarkan

adhesion bonding maka

konsentrasi 30% adalah yang terbaik Gambar

11.

Struktur

konsentrasi

coating

karena menghasilkan kekutan pull off

perbesaran

sebesar 4,5 MPa dan yang paling

lapisan 35%

500x

rendah adalah konsentrasi 25% dengan kekuatan pull off sebesar 2,5 MPa.

Ketebalan

pada

setiap

konsentrasi

3. Berdasarkan

ketahanan

korosinya

berbeda – beda, ini disebabkan karena

dengan mengamati secara visual tidak

reaksi

menyebabkan

ada cat yang terkelupas untuk semua

banyaknya posfat sekunder dan tersier

konsentrasi, tetapi pengamatan secara

menjadi lumpur dan tidak mengendap pada

visual membuktikkan konsentrasi 25%

substrat Terbentuknya pit atau porous yang

memiliki ketahanan korosi lebih tinggi

terjadi pada substrat karena banyaknya

karena warnanya tidak semerah seperti

senyawa asam phosfat yang menyerang

konsentrasi 30% dan 35% .

yang

tidak

stabil

substrat sehingga mengikis substrat dan

4. Penggunaan

asam kromat dengan

menyebabkan terjadinya porous sehingga

konsentrasi

posfat sekunder dan tersier dapat masuk ke

mengakibatkan

dalam substrat. Permukaan dari besi terlarut

mikro dan

selama proses

kristalnya.

coating,

manganese phosphate

membentuk

rongga

yang

tinggi

tertutupnya

akan struktur

pembentukkan kristalnya

pada


489

ISBN = 979363167-8 [12]. Tarigan

DAFTAR REFERENSI [1]. Asai.Y,N.Motohashi,Y.Sakaki.2000. Anti –

Peeling

Polling

Bearing

Manganese Phospate

et

all.

Modus

–

modus

Kegagalan Coating Hasil Uji Pull – off

with

Pada

Coating.

Pelat

Stainless

Steel

yang

Dicoating dengan Epoxy Primer.

Japan. [2]. Coating and Manitenace magazine vol V, No.09 November 2011.Bandung [3]. Crain,Henry.1975.

Improved

Manganese Phospate Coating. Illnois [4]. Fachikov,L,etal. manganese Steels

2006.

phospating

Characteristic

of

of

–

Carbon

Solution

University

Coating.

Zinc

and

Chemical

TANYA JAWAB Nama Pemakalah

: M. Fitrullah

Nama Penanya

: Medyan

Pertanyaan

:

bagaimana

menentukan tebal dari posphate? Jawaban

: secara manual,

karena belum ada lat di laboratorium

Technology and Metallurgy. Bulgaria [5]. Iriyani,

dewi

dkk.

2009,

Hidrolisis

Nama Penanya

Residu Rumput Laut Limbah IndustriI

Mulyani

Karagenan

Pertanyaan

(Eucheuma

spinosum)

Untuk Menghasilkan Glukosa Sebagai

-

Bahan Baku Bioetanol. Jurusan Teknik Kimia

Fakultas

Teknik

-

Lampung . Bandar lampung

Cat, Cara

Ampuh

Melawan

Karat.

Surface

Tri

: pengujiannya

hanya

Bagaimana

ketahanan

terhadap

bahan lainnya? Dan pengujian lain? Jawaban

: yang baru diteliti

adalah pull off.

Serpong:LIPI [7]. Narayanan,

Gatot

dilakukan daya pekat saja?

Universitas

[6]. Mussalam, Iing. 2005. Lapis Lindung

Apakah

:

Sankara

Pretreatment

TSN.2005. By

Phospate

Coating - A Review.2005 [8]. Schweitzer,Philip A. 2010. Fundamental of Corrosion. CRC Press. London [9]. Seamon,Gale. Pre – Treatment and Surface Preparation for Liquid Systems. Freemont industries.Minnesota.America [10]. Sheir, L.L.,R.A Jarman,G.T Bursten. 1994. Corrosion Control third edition. Oxford: Butterworth – Heinemann Ltd. [11]. Surface coating Vol 2- Paints and Their Aplications.The

educational

Books.

Australia.


490

PROSES MANGANESE PHOSPATING SEBAGAI PERSIAPAN PERMUKAAN PADA APLIKASI COATING DI PELAT BAJA

Recommend Documents