PENGARUH KUAT ARUS PROSES PELAPISAN NIKEL TERHADAP LAJU MASA

Transkripsi

1 PENGARUH KUAT ARUS PROSES PELAPISAN NIKEL TERHADAP LAJU MASA Sugiyarta Teknik Otomotif, Politeknik Pratama Mulia, Surakarta 57149, Indonesia ABSTRAK Electroplating is a process of deposition of substances (metal ions) on the electrode (cathode) by means of electrolysis. There was a precipitate in this process is due to an electricity were charged ions move from one electrode through the electrolyte, the results of these elektrlit will mengedap on the other electrode (negative / cathode). Based on existing research results and also discusses the basic theory about the theory of the metal coating of the title of the research to be undertaken can be taken as the following hypothesis: The greater the current that flows stronger it will get heavy pelpisan (a substance that is formed will be higher). The parameters that affect the quality of nickel plating, are: Concentration Dengah solution ph from 1.5 to 5.2, Meeting of the electric current flows which is the number needed to obtain the metal atoms per unit area on the surface of the workpiece to be coated. Temperature and time of the coating will affect the quantity of coating results that occur on the surface of the coated product. Keywords: electroplating, nickel 1. PENDAHULUAN Pembuatan produk-produk yang terbuat dari logam, biasanya pembuatannya dimulai dari tahap perancangan, pembentukan dan tahap penyelesaian. Agar diperoleh umur serta penampilan menarik biasanya tahap penyelesaiannya dilakukan dengan melapisi benda kerja dengan logam lain, diantaranya dengan electroplating, dapat juga dicat atau dipernis. Benda kerja yang tidak dilapisi oleh lapisan pelindung lebih cepat terserang korosi. Korosi adalah peristiwa kerusakan permukaan pada logam akibat pengaruh lingkungan. Peristiwa ini tidak dikehendaki karena dapat merusak baik fungsi maupun tampak rupa dari logam yang mengalami peristiwa tersebut. Meskipun Pengaruh Kuat Arus 99

2 proses korosi adalah proses alamiah yang berlangsung dengan sendirinya dan tidak dapat dicegah secara mutlak, akan tetapi pencegahan dan penanggulangan tetap diperlukan. Tahap penyelesaian dengan pelapisan logam selain mencegah korosi juga berfungsi dekoratif dengan membuat benda tersebut tetap mengkilap atau mempunyai warna cemerlang selama masa pakainya. Dari sekian banyak jenis pelapisan logam, salahsatunya adalah pelapisan Nikel, yang bertujuan untuk memperbaiki sifat permukaan logam agar tahan korosi. Proses pelapisan logam ini dilakukan dengan sistim lapis listrik dimana logam pelapis dalam hal ini nikel bertindak sebagai anoda, sedangkan benda kerja yang dilapisi sebagai katoda, kedua elektroda tersebut dicelupkan dalam suatu elektrolit yang mengandung nikel sulfat.dalam operasi pelapisan, kondisi operasi perlu diperhatikan karena akan menentukan berhasil tidaknya proses pelapisan serta mutu yang diinginkan, dalam kaitannya dengan tebal lapisan yang terbentuk pada logam dasar, ada beberapa kondisi operasi yang mempengaruhi, diantaranya rapat arus, konsentrasi larutan, temperatur. Pelapisan kali ini dimaksudkan untuk mengetahui sejauhmana pengaruh besar kecilnya arus listrik dan konsentrasi elektrolit terhadap laju masa pelapisan dalam proses pelapisan nikel pada tembaga. 2. TINJAUAN PUSTAKA Lapis listrik ( Elektroplating) adalah suatu proses pengendapan zat (ion-ion logam) pada elektroda (katoda) dengan cara elektrolisa. Terjadi suatu endapan pada proses ini adalah karena adanya ion ion bermuatan lisrik berpindah dari suatu elektroda melalui elektrolit, hasil dari elektrlit tersebut akan mengedapa pada elektroda yang lain (negative/katoda). Selama proses pengendapan / deposit berlangsung terjadi reaksi kimia pada elektroda dan elektrolit baik reduksi menuju arah tertentu secara tetap, oleh karena itu dibutuhkan arus listrik searah dan tegangan yang konstant (hadromi, 2002). Prinsip teori dari lapis listruk adalah berpedoman atau berdasarkan hukum Faraday yang menyatakan bahwa : Jumlah unsar-unsaur yang terbentuk dan terbebaas pada elektroda selama elektrolisa adalah sebanding dengan jumlah arus Pengaruh Kuat Arus 100

3 listrik yang mengalir dalam larutan elektrolit. Jumlah Zat-zat (unsurunsur) yang dihasilkan oleh arus listrik besarnya sama selama elektrolisa adalah sebanding dengan berat ekuivalen masingmasing zat tersebut. Pernyataan tersebut diatas dapat ditulis dengan rumus/kektentuan sebagai berikut (Hadromi 2002) :...( 1 ) B = Berat zat yang terbentuk (gram) I = Jumlah arus yang mengalir ( Amper) T = Waktu (detik) e = Berat ekivalen zat yang dibebaskan ( berat atom suatu unsur dibagi unsur tersebut) F = Jumlah arus yang diperlukan untuk membebaskan sejumlah gram ekuivalen suatu zat. Hukum faraday sangat eart kaitanya dengan efisiensi arus yang rterjadi pada proses pelapisan secara listrik. Efisiensi arus terjdi pada proses pelapisan secara listtrik. Efisiensi arus adalah perbandingan berat endapan secara teoritis dan dinyatakan dalam persen (%) (hukum ohm) :... (2) I = Banyaknya arus (Ampere) V = Tegangan ( Volt ) R = Tahanan (Ohm) 2.1. Tegangan elektroplating Tegangan merupakan salah atu faktor terpenting dalam proses elektroplating karena mempengaruhi penguraian ion-ion logam menjadi logam yang menempel pada benda kerja yang dilapisi. Berdasarkan hokukm Ohm dapat disajikan sebagai berikut :...( 3 ) Hubungan kuat arus (I) dengan luas permukaan yang akan dilapisi (A) dapat dinyatakan dalam hukum ohm dibawah ini :...( 4 ) I = Banyaknya arus ( Ampere) V = Tegangan (Volt) A = Luas permukaan ( m ) ρ = Tahanan jenis ( ohm m) Pengaruh Kuat Arus 101

4 Berdasarkan rumus diatas maka kuat arus berbanding lurus dengan luas permukaan benda kerja yang akan dilapisi, dengan sendirinya pertambahan luas permukaan benda kerja yang akan diikuti oleh penmbahan rapat arus. Selain teganga hal yang juga berperan pentinh dalam proses elektroplatinh adalah rapat arus karena menentukan tingkat kecepatan pelapisan dan dapat meperkcil ukuran butir, tetapi apabila rapat arus terlalu tinggi maka hasil lapisan akan kasar, bersisik dan terbakar. Tebal lapisan yang terbentuk pada katoda dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : (Victor Malau)... ( 5 ) d = Tebal lapisan (cm) A = Luas permukaan katoda yang mendapat lapisan (cm ) Atau perhitungan berat lapisan :...( 6 ) W = berat lapisan ( gram) V = Tegangan (Volt) T = waktu pelapisan ( Detik ) A = Berat atom pelapisan Z = Valensi pelapis F = Bilangan faraday sebesar coulumb Perhitungan tebal lapisan.....( 7 ) Atau : ρ... ( 8 ) 2.2.Parameter-parameter yang berpengaruh terhadap kualitas pelapisan Nikel, adalah : a. Konsentrasi Larutan Konsentrasi ini akan berkaitan dengan nilai ph dari larutan. Pada larutan elektrolit nikel mempunyai batas-batas ph yang diijinkan agar proses tersebut berlangsung baik, berkisar antara 1,5 5,2. Jika nilai ph melebihi dari nilai yang diijinkan maka akan terjadi sumuran pada permukaan produk dan lapisan nikel kasar pada permukaan benda yang dilapisi. b. Rapat Arus Rapat arus adalah harga yang menyatakan jumlah arus listrik yang mengalir persatuan luas permukaan elektroda. Terbagi dalam duamacam rapat arus anoda dan rapat arus katoda. Pada proses lapis listrik rapat arus yang diperhitungkan adalah rapat arus katoda, yaitu Pengaruh Kuat Arus 102

5 banyaknya arus listrik yang diperlukan untuk mendapatkan atom-atom logam pada tiap satuan luas permukaan benda kerja yang akan dilapis. Untuk proses lapis listrik ini faktor rapat arus memegang peranan sangat penting, karena akan mempengaruhi efisiensi pelapisan, reaksi reduksi oksidasi dan difusi dari hasil pelapisan padapermukaan benda yang dilapis. c. Temperatur dan Waktu Pelapisan Temperatur terlalu rendah dan rapat arus yang cukup optimum akan mengakibatkan hasil pelapisan menjadi kasar dan kusam, tetapi jika temperatur tinggi dengan rapat arus yang optimum maka hasil pelapisan menjadi tidak merata. Waktu pelapisan akan mempengaruhi terhadap kuantitas dari hasil pelapisan yang terjadi dipermukaan produk yang dilapis. Kenaikan temperatur akan menyebabkan naiknya konduktifitas dan difusitas larutan elektrolit,berarti tahanan elektrolit akan mengecil sehingga potensial dibutuhkan untuk mereduksi ionion logam berkurang. Reaksi yang terjadi saat proses pelapisan adalah : 2.3. Reaksi yang terjadi pada larutan elektrolit : Larutan elekrolit NiSO 4 terurai menjadi ion Ni dan SO 4. kation elektrolit (SO 4 2- ) menempel pada anoda.reaksi tersebut dapat ditulis sebagai berikut : NiSO 4 Ni 2+ + SO 4 2- a. Reaksi pada katoda Plat baja mengalami pelepasan oksigen terhadap larutan nikel (NiSO 4 ) akibat adanya arus listrik searah dengan tegangan konstan sehingga ion nikel (Ni) akan menempel pada permukaan plat baja atau besi dengan perantara elektrolit nikel sehingga plat baja/besi terlapisi nikel. Reaksi yang terjadi pada katoda dapat ditulis : Ni e - Ni b. Reaksi pada anoda Reaksi yang terjadi pada anoda adalah bahan pelapis nikel (Ni) mengikat oksigen yang dilepaskan oleh plat baja/besi. Bahan pelapis nikel akan mengalami pengikatan yang kemudian akan terlarut pada elektrolit nikel (NiSO 4 ) yang telah melapisi plat tersebut. Sehingga larutan elektrolit nikel (NiSO 4 ) tetap stabil, Pengaruh Kuat Arus 103

6 akibatnya bahan pelapis nikel (Ni) lama kelamaan akan berkurang atau habis. Reaksi yang yang terjadi pada anoda dapat ditulis : Ni Ni e - H 2 O H + + OH - Sehingga fenomena yang terjadi selama berlangsungnya proses pelapisan sesuai dengan reaksi di atas dapat dilihat pada gambar di bawah ini : Katoda (-) Anoda (+) Plat NiSO 4 Ni nikel Ni 2+ SO 4 - H 2 O H + OH - H + OH - O 2 3. Hipotesis Berdasarkan pada hasil penelitian yang telah ada dan juga teori dasar yang membahas tentang teori pelapisan logam maka dari judul penelitian yang akan dilaksanakan dapat diambil hipotesa sebagai berikut : a. Semakin besar kuat arus yang mengalir maka akan didapatkan berat pelapisan (zat yang terbentuk akan semakin tinggi). c. Konsentrasi berpengaruh terhadap tegangan listrik sehingga dapat mempengaruhi arah aliran ion di dalam elektrolit. 4. Metode Penelitian 4.1. Bahan/materi penelitian Populasi adalah keseluruhan subyek penelitian, Subyek dari penelitian ini adalah Baja st 37 a. Baja carbon rendah b. Elektrolit nikel c. Elektrolit Tembaga d. Arus DC s/d 100 A e. Anoda timah f. Anoda Tembaga 4.2.Peralatan a. Peralatan Elektroplating b. Mesin skrap c. Mesin potong d. Mesin gerinda potong e. Mesin bor f. Mesin polising g. Kertas gosok h. Timbangan 4.3. Cara Penelitian Metode penelitian merupakan suatu cara yang digunakan dalam penelitian sehingga pelaksanaan yang dihasilkan dapat dipertanggung jawabkan secara kajian ilmiah. Penlitian yang Pengaruh Kuat Arus 104

7 dilaksanakan ini menggunakan meode untuk mencari hubungan sebab akibat antara faktor-faktor lain yang sengaja ditimbulkan dalam penelitian, dengan mengurangi atau menambah faktorfaktor lain yang bisa mengganggu. a. Pendekatan penelitian Pendekatan penelitian merupakan suatu cara pengambilan data dalam penelitian. Penelitian ini menggunakan metode eksperimen yaitu suatu metode yang mengamati perubahan variabel-variabel bebas dan selanjutnya dikontrol untuk melihat pengaruhnya. b. Variabel penelitian Ada tiga variabel bebas yang akan diteliti yaitu terdiri dari Tegangan listrik, serta variabel terikat yaitu laju masa, kemudian dianalisa menggunakan regresi yang ada pada microsof office excel. Secara khusus variabel penelitian dapat dikelompokan sebagai berikut : 1). Variabel bebas Dalam penelitian ini variabel bebas merupakan tegangan listrik dan konsentrasi larutan. 2). Variabel terikat Variabel terikat adalah variabel yang dipengaruhi oleh variabel bebas, adapun yang menjadi variabel terikat dalam penelitian ini adalah laju masa. Dan untuk pelapisan nikel, unsur-unsur yang berada di dalam larutan elektrolit adalah sebagai berikut :H 3 BO 3, NiSO 4,, NiCL 2 KESIMPULAN Penlitian yang dilaksanakan ini menggunakan metode untuk mencari hubungan sebab akibat antara faktor-faktor lain yang sengaja ditimbulkan dalam penelitian, dengan mengurangi atau menambah faktor-faktor lain yang bisa mengganggu. Tujuan dari penelitian ini adalah mencari apakah ada pengaruh perubahan arus pelapisan terhadap tebal hasil pelapisan pada proses elektroplating, Berdasarkan pada hasil penelitian yang telah ada dan juga teori dasar yang membahas tentang teori pelapisan logam maka dari judul penelitian yang akan dilaksanakan dapat diambil hipotesa sebagai berikut : a. Semakin besar kuat arus yang mengalir maka akan didapatkan berat pelpisan ( zat yang terbentuk akan semakin tinggi ). b. Konsentrasi berpengaruh terhadap tegangan listrik sehingga dapat mempengaruhi arah aliran ion di dalam elektrolit. Pengaruh Kuat Arus 105

8 DAFTAR PUSTAKA A. Kennethh Graham, Electroplating Engineering Hand Book, third edition, Mac Graw Hill, USA. Anton J Hartono, Mengenal Pelapisan Logam, Andi Offset, Yogyakarta. Agus Solehudin, Bambang Widyanto, Hidrianto R.W., June Studi Perbandingan Konsentrasi NH4Cl dan NaCl serta Waktu Proses Pelapisan Nikel Terhadap Dayalekat, Ketebalan dan Kekerasan pada Baja SAE 1005, Journal Korosi dan Material, Indocor, Vol. 1, No. 2. Agus Solehudin, Leni Juwita, Agustus Pelapisan logam Nikel dekoratif denganmengunakan Bahan Pengkilat alternatif Garam Klorida. Jurnal Korosi dan Material,Indocor, Vol. II, No.4. Bambang Widyanto, Profil Indocor, Jurnal Korosi & Material, Vol. 1, Nomor 1. Pengaruh Tempertur Perlakuan Panas (Agus Solehudin & Uum Sumirat) CV. Naga Teknik, Buku pedoman elektroplating, Jakarta. Denny A. Jone, 1992, Principles and Prevention of Corrosion, Maxwell-Macmillan International Edition, Canada. F.A. Lowenhein, 1987, Electroplating, Mac Graw Hill, New York, USA. Honeycombe R W K, 1982, Steel, microstructure and properties, Edward Arnold Ltd., London. J.B. Mohler, 1969, Electroplating and related processes, Chemical Publishing Co.Inc, New York, USA. Lawrence J Purney, 1976, Electrochemical and chemical deposition, Durney Associates Inc, North Cadwell, USA. Mars G. Fontana, 1987, Corrosion Engineering, McGraw-Hill International Edition, Printed in Singapore. Pendidikan dan pelatihan Teknisi Lapis Listrik, 1984, Proceeding, Lembaga Metalurgi Nasional, LIPI, Bandung. Swalheim D. A and Mackey R.W, 1963, Modern Electroplating, New York, USA. Pengaruh Kuat Arus 106

9 Pengaruh Kuat Arus 107