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

Transkripsi

1 PENGENALAN KOROSI JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI FTI ITS NO, DEA Prof. Dr. Ir. SULISTIJON

2 INTRODUKSI Definisi : perusakan, penurunan mutu material (logam) akibat terjadinya reaksi dengan lingkungannya. g NO, DEA Prof. Dr. Ir. SULISTIJON

3 Korosi adalah suatu pokok bahasan yang menyangkut berbagai disiplin ilmu seperti : fisika, kimia, metalurgi, elektrokimia, perekayasaan dan thermodinamika. elektrokimia lk k Rekayasa Fisika, Kimia Ketahanan korosi Metalur gi Thermodinamika Prof. Dr. Ir. SULISTIJON NO, DEA

4 Klasifikasi menurut mekanisme terjadinya: Korosi temperatur rendah (low temperature corrosion/wet corrosion/electrochemical corrosion) Reaksi Elektrokimia mis: korosi di media yang mengandung uap air atau air atau di media elektrolit Korosi temperatur tinggi (high temperature corrosion/dry corrosion/chemical corrosion/ oxidation) Reaksi Kimia mis: korosi pada ruang bakar, sudu turbin gas NO, DEA Prof. Dr. Ir. SULISTIJON

5 Unit Satuan LAJU KOROSI 1. Pengurangan berat = g atau mg 2. Berat/satuan luas permukaan logam = mg/mm 2 3. Berat perluas perwaktu : mg/dm 2. day (mdd), g/dm 2.day, g/cm 2.hour, g/m 2.h, moles/cm 2.h 4. Dalam penetrasi per waktu : inch/year, inch/mounth, mm/year, miles/year (mpy), 1 mils = 1 milli inch = 0,001 inch Ekspresi satuan mpy (miles/year) bisa dihitung dengan rumus mpy = 534 W/DAT Dimana : W = berat yang hilang, mg D = density benda uji korosi (g/cm3) A = luas permukaan, in 2 T = waktu, hour SULISTIJON NO, DEA Prof. Dr. Ir.

6 Laju Korosi = massa/waktu = density. Vol/waktu = density.tebal.luas/waktu density.tebal.luas/waktu = Massa/waktu Tbl/ Tebal/waktu = Massa/density.luas.waktu (mpy) = (534)(mg)/(gr/cm 3 ). (in 2 ).(hour) NO, DEA Prof. Dr. Ir. SULISTIJON

7 Cara menghitung laju korosi (LK) 1. Siapkan beberapa coupon dari bahan yang akan diukur LK nya 2. Ukur dimensi masing 2 coupon, timbang masing 2 coupon 3. Masukkan coupon dalam media elektrolit selama waktu t yang berbedab 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 umum secara logarithmik. 8. n menunjukkan derajat (power) dari persamaan dan k menunjukkan konstanta t lj laju korosi i(lk) yang mewakili kurva (persamaan garis). SULISTIJON NO, DEA Prof. Dr. Ir.

8 Siapkan beberapa bb spesimen Ukur luas permukaan A 0 dan Masukkan semua spesimen dalam elektrolit Spesimen diambil satu demi satu dengan waktu celup yang berbeda, lalu ditimbang massa m 0 t 1 m 1 Dm 1 = m 0 m 1 Dm 1 /A 0 t 2 m 2 Dm 2 = m 0 m 2 Dm 2 /A 0 t 3 m 3 Dm 3 = m 0 m 3 Dm 3 3/ /A 0 t 4 m 4 Dm 4 = m 0 m 4 Dm 4 /A 0 t 5 m 5 Dm 5 = m 0 m 5 Dm 5 /A 0 t 6 m 6 Dm 6 = m 0 m 6 Dm 6 /A 0 Dst..dst..dst.. Dibuat grafik Dm/A 0 sebagai fungsi t ( Dm/A 0 vs t ) t SULISTIJON NO, DEA Prof. Dr. Ir.

9 Dari rumus (Dm/A o ) n = k.t yang dikalikan dengan log, diperoleh : n. log (Dm/A o ) = log k + log t log (Dm/A o ) = (1/n) log t + (1/n) log k Persamaan diatas adalah persamaan garis lurus y = mx + c Dimana : y = log (Dm/A o) m = (1/n) x = log t c = (1/n) log k Semua data (Dm/A o ) dan t yang ada dijadikan log (Dm/A o ) dan log t Lalu dibuat grafiknya : Log t m = (1/n) n diperoleh c = (1/n) log k, n sudah diperoleh dan k bisa dicari k adalah konstanta laju korosi kurva lengkung SULISTIJON NO, DEA Prof. Dr. Ir.

10 Metode untuk mempelajari korosi 1. Theori klasik : theory elektrokimia 2. Theorymodern : prinsip thermodinamika Pemilihan bahan pemilihan bahan yang tepat akan mengoptimumkan hambatan terhadap korosi dan sangat mengurangi biaya perawatan yang dibutuhkan selama masa pakaidari komponen tersebut. Prof. Dr. Ir. SULISTIJON NO, DEA

11 Biaya Perawatan biaya Biaya awal rendah perawatan atan tinggi Biaya awal tinggi perawatan rendah dh waktu NO, DEA SULISTIJON Prof. Dr. Ir.

12 Theory Klasik (Prinsip Elektrokimia) KOROSI BASAH Theory Modern (Prinsip Thermodinamika) Prof. Dr. Ir. SULISTIJON NO, DEA

13 Tiga aspek peninjauan korosi Theory Klasik Elektrokimi a Lingkungan (elektrolite ) Metalurgy (logam) Reaksi Elektrokimia Pasivasi Polarisasi Oksigen/ oxidizer agitasi (pengadukan) Katoda Anoda Elektroli t Kontak Pol. aktivasi Pol. Konsentrasi Temperatur, bakteri, konsentrasi, pasangan galvanic, ph, elektrolite, lk li komposisi i Kondisi permukaan, struktur, impurities, batas butir kristal dual phases SULISTIJON NO, DEA Prof. Dr. Ir.

14 ASPEK ELEKTROKIMIA 1. REAKSI ELEKTROKIMIA 2. PASIVASI 3. POLARISASI NO, DEA Prof. Dr. Ir. SULISTIJON

15 Struktur Logam P+N e Atom terdiri dari inti dan awan elektron. Inti bermuatan positip dan awan elektron bermuatan negatif. Besar muatan + dan adalah sama. Sehingga atom tidak bermuatan (netral) Pada inti terdapat proton yang bermuatan positip dan netron yang tidak bermuatan

16 Reaksi Elektrokimia Anoda : melepaskan elektron (terkorosi). reaksinya M M n+ +n e Katoda : menerima elektron reaksinya ada beberapa kemungkinan Evolusi Hidrogen : 2 H + + 2e H 2 Reduksi Oksigen (diudara) :O 2 + 2e O 2 Redusi Oksigen (asam) : O H + + 4e 2H 2 O Redusi Oksigen (basa dan netral) : O 2 + 2H 2 O+ 4e 4 OH Redusi Logam : M 3+ + e M 2+ Proses Pengendapan :M + + e M o Contoh : besi dalam larutan asam Fe Fe e (oksidasi) 2H + + 2e H 2 (reduksi) Fe + 2 HCl FeCl 2 + H 2 oksidasi reduksi SULISTIJON NO, DEA Prof. Dr. Ir.

17 ELEKTRODA 4 Anoda (terkorosi) Katoda (terproteksi/tak terkorosi) 1. Anoda 1 2 Elektrolit 3 Potensial anoda lebih rendah d/p Pot. katoda Korosi akan terjadi bila ada 4 komponen 2. Katoda Kontak Metalik Ada beda potensial antara anoda dan katoda Prof. Dr. Ir. SULISTIJON NO, DEA

18 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). e e 4 i i SULISTIJON NO, DEA Prof. Dr. Ir.

19 Apa yang terjadi di Anoda?? Karena anode terpaksa mengalirkan elektronnya 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 i 1 2 M + X 3 X SULISTIJON NO, DEA Prof. Dr. Ir.

20 Apa yang terjadi di Katoda?? Karena katode menerima elektronnya dari anode, maka pada permukaan katode terjadi reaksi katodik, dimana elektron akan berada dipermukaan katode dan bereaksi dengan ion positip dari elektrolit misalnya H + membentuk molekul H 2 yang berupa gelembung gas. Dengan demikian katode terproteksi e e 4 i i 1 2 M + H + 3 X SULISTIJON NO, DEA Prof. Dr. Ir.

21 Bagaimana reaksi di Anode dan di Katoda?? Misalnya Anoda Besi (Fe) dan katode Emas (Au) dilingkungan air (H2O) e e i i Fe ++ OH H + SULISTIJON NO, DEA Prof. Dr. Ir.

22 Reaksi di Anode : R. Oksidasi, membuang elektron M M + + ne Untuk besi : Fe Fe e Reaksi di Katode : R. Reduksi, mengkonsumsi elektron Ada beberapa kemungkinan reaksi yang bisa terjadi M + + ne M (mengendap) Pembentukan gas H 2 : 2H + + 2e H 2 Reduksi Oksigen (asam) : O 2 + 4H + +4e 2H 2 O Reduksi Oksigen (basa/netral) : O 2+ 2H 2O+4e 4OH Reduksi ion logam : Fe 3+ + e Fe 2+ NO, DEA Prof. Dr. Ir. SULISTIJON

23 A = B = logam yang sama A B A B O 2 A = Anoda K = Katoda PE B > PE A A = Katoda B = Anoda PE A > PE B 1 2 O 2 O 2 A B A 3 A = Katoda ; B = Anoda 4 B B terdesolusi (terkorosi) bila waktu diperpanjang Pro of. Dr. Ir. SUL LISTIJONO, DEA

24 A B Elektrolit C 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) SULISTIJON NO, DEA Prof. Dr. Ir.

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

26 Aliran arus listrik (i) berlawanan dengan arah aliran elektron. Logam dengan PE (Potensial Elektroda) yang lebih rendah terhadap pasangannya akan berperan sebagai i anoda (terkorosi), yang PE nya lbihti lebih tinggi i sebagai katode (terproteksi). Anoda mengeluarkan e sehingga kelebihan muatan (+). Agar logam (anoda) berada dalam dl kondisi iseimbang maka muatan (+) berupa ion M + dilepaskan didalam elektrolit. NO, DEA Prof. Dr. Ir. SULISTIJON

27 Problem Sebuah lempeng logam terkorosi didalam elektrolit, tentukan katoda dan anodanya Terkorosi 0,44, Volt 0,47 047Vlt Volt Anoda + Katoda 041Volt 0,41 SULISTIJON NO, DEA Prof. Dr. Ir.

28 Polarisasi Penyimpangan laju reaksi elektrokimia (perubahan potensial elektroda) dari kondisi keseimbangannya. 2 type polarisasi 1. Polarisasi Aktivasi spesies aktif tinggi, tidak ada pengaruh agitasi 2. Polarisasi Konsentrasi difusi NO, DEA Prof. Dr. Ir. SULISTIJON

29 Polarisasi Aktivasi (Pekat) Polarisasi Konsentrasi (Encer) Prof. Dr. Ir. SULISTIJON NO, DEA

30 Pasivasi : Hilangnya reaksi korosi akibat terbentuknya lapisan pasif pada permukaan logam. Pasivasi hanya terjadi pada logam tertentu (Cr, Ni, Al, Ti, Zr )danpada mediatertentu saja. Logam pasif Lapisan pasif Logam Logam aktif Prof. Dr. Ir. SULISTIJON NO, DEA

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

32 OKSIGEN / OXIDIXER Penambahan Oksigen/oxidizer 1. Cu dalam dl H 2 SO 4 + O 2 Fe dalam H 2 SO 4 + O Cr 8Ni dalam H 3+ 2 SO 4 + Fe Ti dalam HCl + Cu Cr 8Ni dalam HNO 3 Hastelloy C dalam FeCl 3 Prof. Dr r. Ir. SULISTIJ JONO, DEA Cr 8Ni dalam HNO 3+ Cr 2O Cr 8Ni dalam H 2 SO 4 (P) + HNO 3 (P)

33 Aerasi Lingkungan dengan sirkulasi oksigen yang berbeda akan memberikan laju korosi yang berbeda terhadap logam. Sirkulasi Oksigen yang bagus akan cenderung mendorong reaksi katodik dan sebaliknya daerah stagnant akan mendorong reaksi anodik (korosi), seprtiruang ruang pengap, celah sempit,dll. Prof. Dr. Ir. SULISTIJON NO, DEA

34 Agitasi /Aliran Pb dalam H2SO4 Fe dalam H2SO4 (p) Fe dalam HCl SS dalam H2SO : Fe dalam H 2O+ O : SS dlm H2SO4 + Fe 3+ Agitasi/aliran/pengadukan SULISTIJON NO, DEA Prof. Dr. Ir.

35 Temperatur SS dlm H2SO4 Ni dlm HCl Fe dlm HF temp tinggi Temperatur SS dlm H2NO3 Ni dlm NaOH SULISTIJON NO, DEA Prof. Dr. Ir.

36 Konsentrasi 2 A 1 B Konsentrasi A : 1 Ni dalam NaOH SS dalam HNO 3 Hastelloy B dl dalam HCl 1 2 Pb dalam H 2 SO 4 B : Al dalam HNO 3 SS dalam H 2 SO 4 Fe dalam H 2 SO 4 SULISTIJON NO, DEA Prof. Dr. Ir.

37 ph H + H OH OH 1 asam 7 netral 14 basa NO, DEA Prof. Dr. Ir. SULISTIJON

38 Bakteri Bukan bakteri yang memakan logam SO 2 4 S 2 (bakteri) Bkt Bakteri yang memakan sulfat dan mengeluarkannya dl dalam bentuk reduksi sulfat seperti H 2 S, H 2 S (korosif) bereaksi dengan Fe FeS (hitam) Fe + H 2 S FS+ FeS H 2 Pengujian FeS + HCl FeCl 2 + H 2 S (tercium bau busuk) Anaerob, sehingga bisa hidup dibawah kerak, deposit, shine dll. a b e c d SULISTIJON NO, DEA Prof. Dr. Ir.

39 Komposisi Elektrolit Adanya bahan pengotor pada elektrolit: CO 2, ; SO 2 ; SO 3 ; H 2 S menurunkan ph asam korosif BEDAPOTENSIAL MEDIA / GALVANIK Tanah A Anodik Tanah B Katodik PE A > PE B SULISTIJON NO, DEA Prof. Dr. Ir.

40 Struktur / sistem kristal Aspek Metalurgi (Logam) Komposisi -Dual Phases -Impurities -Kadar Cr dan Al didalam baja Oksida Kromium SULISTIJON NO, DEA Prof. Dr. Ir.

41 Grain Pot GB>Grain 1. Grain GB Terkorosi Impurities 2. Impurities Elemen basis B Pot A> pot B 3. Dual Phase B = Zn Impurities A = Cu SULISTIJON NO, DEA Prof. Dr. Ir.

42 Kondisi i Permukaan : Permukaan logam yang tidak rata menyebabkan erosi bila ada aliran. Fluida Erosi deposit Ceruk Kebersihan permukaan, ada/tidaknya lapisan tipis dan zat asing dapat memberikan pengaruh kuat terhadap inisiasi dan kecepatan korosi. Prof. Dr. Ir. SULISTIJON NO, DEA

43 Pengaruh Unsur Paduan Didalam Logam Ferrous Se, Cu, Zr, Te, P : meningkatkan machinability. 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 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 menaikkan sifat mekanik pada temperatur tinggii Cr : penstabil ferrite, menaikkan ketahanan korosi Al : menaikkan ketahanan korosi pd temperatur tinggi SULISTIJON NO, DEA Prof. Dr. Ir.