PELAPISAN BAJA SECARA ELEKTROKIMIA UNTUK MENCEGAH KOROSI

I. Pendahuluan

Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi dengan lingkungan yang korosif. Dalam sistem elektrokimia, korosi merupakan reaksi kimia antara logam dengan zat-zat yang ada disekitarnya atau dengan partikel-partikel lain yang ada di dalam matrik logam itu sendiri, atau dengan kata lain korosi pada dasarnya merupakan reaksi logam menjadi ion pada permukaan logam yang kontak langsung dengan lingkungan berair dan oksigen.

Ada definisi lain yang mengatakn bahwa korosi adalah kebalikan dari proses ekstraksi logam dari bijih mineralnya. Contohnya, bijih mineral logam besi di alam bebas ada dalam bentuk senyawa besi oksida atau besi sulfida, setelah diekstraksi dan diolah, akan dihasilkan besi yang digunakan untuk membuat baja atau baja paduan. Dan selama pemakaian, baja tersebut akan bereaksi dengan lingkungan yang menyebabkan korosi (kembali menjadi senyawa besi oksida).

Faktor yang berpengaruh terhadap korosi, yaitu faktor dari bahan itu sendiri dan lingkungan. Faktor dari bahan itu sendiri meliputi kemurnian bahan, struktur bahan, bentuk kristal, unsur-unsur kelumit yang ada dalam bahan, teknik pencampuran bahan, dan sebagainya. Faktor dari lingkungan meliputi tingkat pencemaran udara, suhu, kelembaban, keberadaan zat-zat kimia yang bersifat korosif (asam, basa serta garam, baik dalam senyawa organik maupun anorganik), dan sebagainya.

Korosi dapat dicegah dengan cara : melapisi permukaan logam dengan cat, melapisi permukaan logam dengan proses pelapisan atau Electroplating, membuat lapisan yang tahan terhadap korosi seperti anodizing plant, membuat sistem perlindungan dengan anoda korban, dan membuat logam paduan yang tahan terhadap korosi.
Electroplating atau lapis listrik atau penyepuhanmerupakan salah satu proses pelapisan bahan padat dengan lapisan logam menggunakan bantuan arus listrik melalui suatu elektrolit. Benda yang dilakukan pelapisan harus merupakan konduktor atau dapat menghantarkan arus listrik.

Baja murni sangat mudah terkorosi pada kondisi atmosferik, terutama dalam suasana asam, garam, kelembaban udara yang sangat tinggi, bahkan dalam pH netral sehingga dibutuhkan suatu barrier antara baja dengan lingkungannya sebagai tindakan pencegahan terjadinya korosi. Saat ini telah dikembangkan suatu metode pelapisan baja dengan oksidanya yaitu teknologi blackening. Namun masih memiliki beberapa kekurangan karena menggunakan senyawa NaNO2 yang bersifat karsinogenik.
Sehingga untuk mengatasinya dicoba penelitian untuk menghasilkan lapisan oksida pada substrat baja untuk menghambat laju korosi dengan cara yang lebih sederhana dan ramah lingkungan, yaitu menggunakan metode elektrokimia. Lapisan oksida ini adalah lapisan magnetite. Magnetite merupakan salah satu mineral golongan oksida. Dimana mineral ini terbentuk dari ubahan mineral besi. Megnetite merupakan tipe endapan bsi yang termasuk tipe endapan marine yang berupa oksisa besi (Fe2O3)
Bahan utama yang digunakan adalah larutan basa (NaOH) sebagai elektrolit dengan konsentrasi rendah. Serta melihat pengaruh voltase dan suhu pada saat anodisasi (proses pembentukkan oksida logam dengan bantuan arus listrik dimana benda kerja diletakkan pada kutub positif/anoda) terhadap terbentuknya lapisan serta ketahanannya terhadap korosi.

II. Metode

Metode yang dilakukan adalah dengan cara elektrokimia, yaitu melakukan anodisasi carbon steel dalam larutan NaOH. Sebelum dilakukan anodisasi, dilakukan preparasi bahan terlebih dauhulu. Carbon steel yang akan dianodisasi direndam dengan larutan HCL 0,1 N kurang lebih selama 10 menit untuk menghilangkan karat dan kotoran yang masih menempel pada baja. Kemudian menggosok permukaan steel dengan menggunakan kertas amplas untuk menghilangkan karat dan kotoran yang mash menempel. Lalu mencuci carbon steel dengan menggunakan demineralizd water dan membilasnya dengan menggunakan larutan methanol dan mengeringkannya.

Setelah dilakukan preparasi pada elektroda yang digunakan, kemudian dilakukan proses anodizing. Pada proses anodizing ini digunakan larutan NaOH 5% dengan jarak pada elektroda adalah 5 cm. Pada proses anodizing dilakukan beberapa variasi antara lain tegangan dan suhu. Variabel rapat arus yang digunakan antara lain 2 V, 3 V, 4 V dan 5 V. Sedangkan variable suhu yang digunakan adalah 30, 50 dan 60oC. Perubahan kuat arus selama proses anodisasi berlangsung direkam dengan menggunakan multimeter yang dihubungkan dengan computer. Pada proses anodisasi yang dilakukan tidak pada kondisi suhu kamar (pada suhu 50 dan 60oC) digunakan waterbath untuk menjaga agar tetap pada kondisi suhu yang diinginkan.

Dalam pengukuran laju korosi ini, dilakukan proses polarisasi dengan menggunakan larutan NaCl 2%. Bagian yang akan dikontakkan seluas 1 cm2, bagian yang lain dipoles dengan menggunakan lem epoksi. Digunakan 3 buah elektroda, yaitu elektroda kerja berupa carbon steel yang terlapisi oleh magnetite yang akan diuji, elektroda bantu berupa platina dan elektroda acuan (reference electrode) yaitu Ag/AgCl. Dalam pengukuran dilakukan variasi tegangan yaitu dari -1500 mV sampai 1000 mV pada elektroda kerja sehingga aliran arus saat terjadinya korosi dapat diukur. Uji korosi ini dilakukan dengan menggunakan peralatan Potensiostat EDAQ.
Untuk mengukur tebal lapisan magnetite dengan melihat pengaruh optic yaitu warna dari lapisan magnetite yang terbentuk. Sedangkan untuk mengamati morfologi lapisan magnetite yang terbentuk dengan mikroskop optik dengan metode Scanning Electron Microscopy (SEM).

III. Pembahasan

Metode yang dilakukan secara elektrokimia dalam aplikasi ini adalah metode anodisasi atau anodizing. Anodizing merupakan suatu proses untuk menghasilkan lapisan pelindung dan untuk keperluan dekoratif. Dilain pihak anodizing adalah suatu proses elektrolisis untuk menebalkan dan menstabilkan lapisan oksida pada logam dasar.

Sebelum dilakukan anodisasi dilakukan pencucian dengan asam (pickling), yaitu bahan (carbon steel) direndam dengan HCL 0,1 N. hal ini dilakukan dengan tujuan membersihkan bahan dari oksida atau karat dan sejenisnya secara kimia. Larutan HCL digunakan untuk menghasilkan keseragaman permukaan bahan (carbon steel).
Dari anodisasi yang dilakukan terbentuk lapisan oksida pada permukaan carbon steel. Lapisan yang terbentuk memiliki warna pelangi dan kehitam-hiitaman. Dan warna cenderung menjadi lebih gelap dengan semakin tingginya tegangan yang diberikan ketika anodisasi serta pada suhu anodisasi yang lebih tinggi.

Setiap warna yang nampak pada permukaan carbon steel memiliki ketebalan lapisan yang berbeda-beda sesuai dengan indeks bias.
Struktur morfologi lapisan oksida yang terbentuk pada substrat baja juga dapat dilihat melalui SEM. Dari analisa SEM yang dilakukan, lapisan oksida yang nampak pada citra SEM masih renggang tiap partikelnya dan belum merata melapisi seluruh bagian anoda.

Selama proses anodisasi berlangsung, larutan NaOH 5% yang mula-mula jernih kemudian setelah dialirkan voltase sebagai driving force, larutan NaOH 5% berubah menjadi violet dan setelah beberapa menit jernih kembali. Perubahan warna tersebut dimungkinkan karena adanya ion ferrate (FeO42-) dalam larutan. Sehingga kemungkinan mekanisme reaksi terbentuknya magnetite dalam penelitian ini mengikuti mekanisme reaksi yang diusulkan oleh Burleigh dkk (2008).

Fe6+ + 8OH- -> FeO42- + 4H2O [1]
4OH- -> 4e- + 2H2O + O2 [2]
2H2O -> 4e- + 4H+ + O2 [3]
3FeO42- -> Fe3O4 +4O2 + 6e- [4]
3FeO42- + 6H+ -> Fe3O4 + 4O2 + 3H2O [5]

Sedangkan untuk pengaruh voltase terhadap tebal lapisan yang dilakukan pada berbagai suhu, dapat dijelaskan sebagai berikut ; ketebalan lapisan tersebut diperoleh melalui metode optik dengan membandingkan indeks bias refraktif Silika dengan magnetite. Dengan metode ini dapat diketahui tebal lapisan dengan melihat warna lapisan yang terbentuk. Dan dapat diambil kesimpulan, dengan adanya kecenderungan semakin besar voltase dan semakin besar suhu, maka ketebalan lapisan oksida juga semakin besar.

Untuk mengetahui ketahanan korosi baja yang terlapisi dengan magnetite dilakukan proses polarisasi. Dari polarisasi yang dilakukan, dapat dijelaskan bahwa carbon steel yang sudah terlapisi mengalami pergeseran potensial jika dibandingkan dengan bare steel. Dimana semakin tinggi suhu saat anodisasi maka potensial korosi menjadi lebih positif. Dan dengan hambatan yang semakin besar maka potensial yang dibutuhkan untuk terjadinya korosi menjadi semakin tinggi. Hambatan ini berupa lapisan magnetite yang membuat terjadinya penurunan arus pada pengamatan. Dengan semakin turunya arus ini menunjukkan bahwa semakin turun pula laju reaksi dalam hal ini laju korosi terjadi sehingga ketahanan terhadap terjadinya korosi akan semakin besar. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa semakin tinggi suhu saat anodisasi maka ketahanan carbon steel yang terlapisi oleh magnetite terhadap terjadinya korosi akan semakin besar pula.

Secara keseluruhan proses anodisasi terhadap laju korosi (ketahanan terhadap korosi) dapat diamati dari pengaruh voltase terhadap proses polarisasi yang dilakukan. Dimana semakin tinggi voltase pada saat anodisasi maka ketahanan carbon steel yang telah terlapisi skan semakin baik pula.

IV. Kesimpulan

Dengan cara anodisasi larutan NaOH dapat diperoleh lapisan magnetite pada oermukaan carbon steel dengan tebal lapisan kira-kira 130-280 nm. Semakin besar voltase dan semakin tinggi suhu ketika anodisasi maka lapisan magnetite yang terbentuk akan semakin tebal dan merata. Semakin besar voltase dan semakin tinggi suhu ketika anodisasi, maka ketahanan carbon steel yang terlapisi terhadap korosi juga semakin baik.


DAFTAR PUSTAKA

Anonim.-.”Applied Electroplating”.dalam http://www.scribd.com/ diakses 24 Maret 2011
Anonim.2010.”Magnetit”.dalam http://obdum.blogspot.com/2010/10/magnetit.html/ diakses 24 Maret 2011
Fajarwati H., Kartika dan Zulhijah, Rizka.-.”Pelapisan Baja Dengan Magnetite secara Elektrokimia untuk Mencegah Korosi”.Laboratorium Elektrokimia dan Korosi-Teknik Kimia-FTI-ITS.dalam http://www.pdfqueen.com/ diakses 24 Maret 2011
Huda, Samsul dan Pruwanto.2005.”Limbah Industri Lapis Listrik”.dalam http://ehsablog.com/limbah-industri-lapis-listrik.html/ diakses 24 Maret 2011
Kurniawan, dkk.-.”Material Teknik ; Korosi”.Tenik Manufaktur-Politeknik Manufaktur Bandung.dalam http://www.scribd.com/ diakses 24 Maret 2011