TUGAS AKHIR KARAKTERISASI PERMUKAAN MULTILAPIS KROM DAN TEMBAGA PADA BAJA KARBON HASIL PROSES ELECTROPLATING
Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun oleh: YUSUF NUR AFANDI N I M : D 200 11 0083
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016
MOTTO Banyak orang yang tidak bertindak karena takut gagal, padahal tidak bertindak adalah kegagalan yang jelas sudah terjadi. (Kumpulan kata-kata.com)
Sukses hanya bagi orang yang tetap semangat meski halangan dan rintangan di depan mata. (Kumpulan kata-kata.com)
Jangan dulu mengatakan tidak mampu sebelum anda berusaha menjadikan diri anda mampu. (Kumpulan kata-kata.com)
“Tuntutlah Ilmu karena disaat kamu miskin, ia akan menjadi hartamu dan disaat kamu kaya, ia akan menjadi perhiasanmu.” (Luqman Al-Hakim)
v
KARAKTERISASI PERMUKAAN MULTILAPIS KROM DAN TEMBAGA PADA BAJA KARBON HASIL PROSES ELEKTROPLATING Yusuf Nur Afandi, Tri Widodo Besar Riyadi, Masyrukan, Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura E-mail :
[email protected] Abstraksi Penelitian ini bertujuan untuk memperbaiki retakan pada permukaan krom serta menciptakan lapisan yang baru dengan metode Electroplating menggunakan baja karbon rendah ST 40 sebagai substrat, dengan diameter 16 mm dengan ketebalan 3 mm. Lapisan ini dilakukan dalam dua tahap, yaitu lapisan krom dan lapisan tembaga. Pelapisan krom dilakukan dengan menggunakan komposisi elektrolit chrome untuk setiap liter air aquades yang mengandung asam kromat ( 250 gr / l ), asam sulfat ( 2,5 gr / l ) dan KCN ( 10 gr / l ). Pelapisan Cu dilakukan dengan menggunakan CuSO4 cair tembaga ( 200 gram / liter air aquades ) dan tembaga sebagai katoda. Lapisan proses elektroplating krom dilakukan dengan menggunakan sumber arus DC dengan tegangan 6 Volt dengan waktu pencelupan selama 1 jam, sedangkan proses elektroplating tembaga dilakukan dengan menggunakan tegangan 1,8 Volt dan dengan variasi waktu pencelupan selama 1, 1,5, 2, 3, dan 3,5 jam. Karakterisasi produk dilakukan dengan pengujian foto mikro untuk menentukan ketebalan lapisan, pengujian kekerasan dilakukan dengan menggunakan mesin Vickers mikro. Pengujian produk pelapisan ketahanan aus dilakukan dengan menggunakan mesin Ogoshi selama 30 detik dengan beban 19.08 kg. Hasil foto mikro dari persilangan permukaan menunjukkan bahwa dengan bertambahnya waktu pencelupan selama 1, 1,5, 2, 3, dan 3,5 jam, ketebalan lapisan Cu meningkat dari 48,1 um sampai 74,3 um. Pengujian kekerasan Cu menunjukkan bahwa peningkatan waktu pencelupan meningkatkan kekerasan yang berkisar antara 126,133 HV, tetapi diikuti dengan penurunan menjadi 58,4 HV. Daerah keausan permukaan Cu meningkat dalam kisaran antara 4,48 x 10-06 and 6,41 x 1006
).
Kata kunci : Baja karbon, elektroplating, lapisan Cr dan Cu, ketebalan, kekerasan.
vi
THE CHARACTERIZATION OF MULTI-LAYERED SURFACE OF CHROME AND COOPER IN CARBON STEEL IS THE RESULT OF ELECTROPLATING PROCESS Yusuf Nur Afandi, Tri Widodo Besar Riyadi, Masyrukan. Mechanical Enginering Muhammadiyah University of Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura Email:
[email protected]
Abstract This research aims to fix cracks on the surface of the chrome and create a new layer with Electroplating method using low carbon steel ST 40 as a substrate with a diameter of 16 mm with a thickness of 3 mm. The coating was done in two steps, namely a layer of chrome and copper layers. Chrome plating is done by using the composition of the electrolyte solution chrome for every liter of distilled water which contains chromic acid ( 250 gr / l ), sulfuric acid ( 2.5 gr / l ) and KCN ( 10 gr / l ). Cu plating was done by using a liquid copper CuSO4 ( 200 grams / liter distilled water ) and copper as cathode. Layer chrome electroplating process was done using DC current source with a voltage of 6 volts with a time of immersion for 1 hour, while the copper electroplating process is done by using voltage 1.8 Volt and with variations in immersion time for 1, 1.5, 2, 3, and 3.5 hours. Characterization of products is done by testing a micro photograph to determine the thickness of the coating. Hardness testing is done by using a micro Vickers machine. Testing of wear resistance coating products was conducted using Ogoshi machine for 30 seconds with a load of 19.08 kg. The results of micro photograph of the cross-sectional surface showed that with increasing time of immersion for 1, 1.5, 2, 3, and 3.5 hours, the thickness of the layer of Cu increased of 48.1 um to 74.3 um. Test hardness test of the Cu showed that the increase of the dip time increased the hardness which ranged between 126.133 HV, but followed by a decrease to 58.4 HV. The wear area of the Cu surface increased in the range between 4,48 x 10-06 and 6.41 x 10-06
).
Keywords: Carbon steel, electroplating, layer Cr dan Cu, thickness. hardness.
vii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .............................................................................
i
PERNYATAAN TUGAS AKHIR .........................................................
ii
HALAMAN PERSETUJUAN ..............................................................
iii
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................
iv
HALAMAN MOTTO ............................................................................
v
ABSTRAKSI .......................................................................................
vi
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ........................................................ viii KATA PENGANTAR ...........................................................................
ix
DAFTAR ISI .......................................................................................
x
DAFTAR GAMBAR ............................................................................ xiii DAFTAR TABEL ................................................................................
xv
DAFTAR GRAFIK ............................................................................... xvi BAB I
PENDAHULUAN .............................................................
1
1.1. Latar Belakang .........................................................
1
1.2. Rumusan Masalah ....................................................
3
1.3. Batasan Masalah ......................................................
4
1.4. Tujuan Penelitian ......................................................
4
1.5. Manfaat Penelitian ....................................................
5
1.6. Sistematika penulisan ................................................
5
x
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA .....................................................
7
2.1. Tinjauan Pustaka .....................................................
7
2.2. Landasan Teori ........................................................ 10 2.2.1. Reaksi elektrokimia ............................................ 12 2.2.2. Reaksi Reduksi ................................................... 12 2.2.3. Hukum Faraday ................................................... 14 2.3 Unsur – unsur Elektroplating .................................... 16 2.3.1. Sirkuit luar .......................................................... 16 2.3.2 Katoda ................................................................. 16 2.3.3. Larutan pelapis ................................................... 16 2.3.4. Anoda .................................................................. 16 2.3.5 Proses Electroplating .......................................... 17 2.3.6 Pengertian Baja Karbon ..................................... 17 2.3.7 Bahan pelapis logam ........................................... 19 2.3.8 Pengujian Struktur Mikro ...................................... 22 2.3.9 Pengujian kekerasan mikro vickers ..................... 23 2.3.10 Pengujian Keausan ............................................. 25 BAB III
METODE PENELITIAN ................................................... 27 3.1. Diagram alir penelitian ............................................. 27 3.2. Persiapan Alat dan Bahan ........................................ 30 3.2.1 Bahan ................................................................... 30 3.2.2 Alat ....................................................................... 32 3.3. Prosedur Penelitian .................................................. 40
xi
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAAN .................... 52 4.1. Hasil perhitungan teori .............................................. 52 4.1.1. Perhitungan Proses electroplating Cr ................ 53 4.1.2 Perhitungan Proses electroplating Cu. ................ 54 4.2 Pengujian foto mikro ................................................ 56 4.3. Pengujian kekerasan ............................................... 59 4.4 Pengujian keausan .................................................... 62
BAB V
PENUTUP ....................................................................... 66 5.1. Kesimpulan .............................................................. 66 5.2. Saran ....................................................................... 67
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Rangkaian electroplating .................................................
11
Gambar 2.2 Proses reduksi larutan Cr ................................................
13
Gambar 2.3 Proses reduksi larutan Cu ................................................
14
Gambar 2.4 Skema indentor piramida berlian uji Vickers dan hasil lekukannya……………………………………………………………………... 24 Gambar 2.5 Pengujian keausan dengan metode ogoshi …………………. 26 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ...................................................
27
Gambar 3.2 Baja Silinder ST 40 ........................................................
31
Gambar 3.3 Bahan Cairan Krom ........................................................
31
Gambar 3.4 Bahan cairan tembaga ..................................................
32
Gambar 3.5 Alat pengujian foto mikro Merk Euromex dari Holland…….. 33 Gambar 3.6 Alat pengujian kekerasan merk TTS Unlimited HWMMT-X7 ............................................................................................................
35
Gambar 3.7 alat pengujian keausan milik UGM type Ogoshi high speed universal wear testing machine……..……………………………………….36 Gambar 3.8. Kacamata, masker dan sarung tangan karet………………37 Gambar.3.9 Power suplly sanfix Sp-3030 DC EX.Indonesia dan gelas kaca ukur……………………………………………………………….. 38 Gambar 3.10. Mistar, jangka sorong, kaliper, labu ukur, timbangan digital, kertas pH, thermometer, stopwatch dan digital multimeter ……………..39 Gambar 3.11. amplas, gergaji, stirrer, hot plat, sendok, cawan, gunting, kabel, solder dan thenol sebagai peralatan penunjang…………………. 40 Gambar 3.12 Skema lapisan ……………………………………………….46
xiii
Gambar 3.13 Spesimen yang sudah mengalami mounting ...............
47
Gambar 3.14 Pencekamaan specimen uji kekerasan .......................
48
Gambar 3.15 Titik indentasi uji kekerasan Vickers………………………...49 Gambar 3.16 Layar monitor pada alat uji kekerasan Vickers……………..49 Gambar 3.17 Layar penunjuk Hasil pada alat uji kekerasan vickers ...
50
Gambar. 4.1 Foto mikro lapisan Cr dan Cu dengan variasi waktu: (a) 60, (b) 90, (c) 120, (d) 180, (e) 210 menit……………………………………….57
xiv
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Hasil Perhitungan teoritis Cu .............................................
55
Tabel 4.2 Hasil pengujian Foto mikro Cu ...........................................
58
Tabel 4.3 Hasil pengujian kekerasan lapisan Cu ................................
61
Tabel 4.4 Hasil pengujian keausan lapisan CU ..................................
64
xv
