PENGARUH VARIASI ARUS LISTRIK TERHADAP KETEBALAN LAPISAN TEMBAGA PADA PROSES ELEKTROPLATING PLAT BAJA KARBON RENDAH

Transkripsi

1 PENGARUH VARIASI ARUS LISTRIK TERHADAP KETEBALAN LAPISAN TEMBAGA PADA PROSES ELEKTROPLATING PLAT BAJA KARBON RENDAH NASKAH PUBLIKASI Diajukan guna memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun : SULISTIYANTO NIM : D JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2013

2 PENGARUH VARIASI ARUS LISTRIK TERHADAP KETEBALAN LAPISAN TEMBAGA PADA PROSES ELEKTROPLATING PLAT BAJA KARBON RENDAH Sulistiyanto, Bibit sugito, Pramuko IP Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartosuro tian_doremi@yahoo.com. ABSTRAKSI Proses elektroplating merupakan proses pelapisan permukaan logam dengan logam lain. Proses pelapisan dilakukan dalam larutan elektrolit dengan menggunakan arus listrik searah (DC). Proses Elektroplating dengan menggunakan pelapisan tembaga pada plat Baja Karbon Rendah.Tujuan dari penelitian Tugas Akhir ini adalah mengetahui pengaruh variasi waktu tahan celup proses Elektroplating Tembaga pada plat Baja Karbon Rendah terhadap kekasaran dan ketebalan lapisan tembagannya. Pada pengujian ini digunakan bahan plat Baja Karbon Rendah dengan ukuran panjang 10 cm x lebar 5 cm x tebal 16 mm sebanyak 3 spesimen. Parameter yang digunakan, spesimen 1 pelapisan tembaga dengan variasi waktu tahan celup 8 detik, rapat arus 14 ampere, tegangan 9 volt, Spesimen 2 mengunakan variasi waktu 8 detik, rapat arus 15 ampere, tegangan 9 volt, dan Spesimen 3 menggunakan variasi waktu 8 detik, rapat arus 17 ampere, tegangan 9 volt. Setelah selesai diplating material diuji tingkat ketebalan lapisan tembaganya dengan foto mikro (Standart ASTM B 487), uji kekasaran dengan alat (Surface tester (Surfcorder SE 1700) dan foto makro. Dari pengujian ketebalan diperoleh hasil Spesimen 1 pelapisan tembaga 14 ampere ketebalan lapisannya 1,52 µm, spesimen 2 pelapisan tembaga 15 ampere ketebalan lapisannya 2,14 µm, Spesimen 3 pelapisan 17 ampere ketebalan lapisanya 3,80 µm. Sedangkan untuk hasil uji kekasaran diperoleh tingkat kekasaran rata-rata, pencelupan dengan rapat arus 14 ampere tingkat kekasaran 0,45 µm, Pencelupan 15 ampere tingkat kekasaran 0,35 µm, dan Pencelupan 17 ampere didapat tingkat kekasaran 0,32 µm. Kata kunci : Elektroplating, Tembaga, Struktur mikro, Kekasaran.

3

4 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Melihat kerugian yang terjadi yang akan ditimbulkan oleh korosi ini maka berbagai usaha dilakukan untuk dapat mencegah korosi salah satu cara untuk mencegah korosi adalah melakukan surface treatment pada suatu logam yaitu memberi perlindungan pada permukaan logam dengan logam lain. Surface treatment yang sekarang banyak dikembangkan yaitu proses elektroplating yang menggunakan logam tembaga, nikel dan krom sebagai pelapis. Definisi dari elektroplating yaitu proses pelapisan logam dengan logam lain di dalam larutan elektrolit dengan menggunakan arus listrik. Selain dapat memproteksi logam dari korosi, juga untuk memperbaiki karakteristik produk yang dihasilkan, agar tampilanya lebih menarik dan tahan gesekan (B.H. Amstead, 1991). Selain proses elektroplating juga bertujuan untuk menambah nilai dekoratif dari suatu logam. Bidang elektroplating itu sendiri mempunyai banyak jenis yaitu elektroplating emas, perak, seng, nikel, krom, timah, timbal, kuningan dan perunggu. Beberapa proses elektroplating dengan menggunakan logam tembaga, nikel dan khrom misalnya : velg dan spart part motor lainya. Pada penelitian ini penulis berkesempatan melakukan proses elektroplating dengan menggunakan pelapisan tembaga pada plat

5 baja karbon rendah yang selanjutnya akan diuji untuk mengetahui hasil lapisan platingnya. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh arus listrik dan lama waktu pencelupan pada proses elektroplating terhadap pelapisan plat baja karbon rendah dengan lapisan tembaga Tujuan penelitian Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh arus listrik pada proses elektroplating terhadap pelapisan tembaga pada baja karbon rendah Landasan Teori Elektroplating Elektroplating yaitu proses pelapisan logam dengan logam lain di dalam suatu larutan elektrolit dengan pemberian arus listrik. Konsep yang digunakan dalam proses elektoplating adalah konsep reaksi reduksi dan oksidasi dengan menggunakan sel elektrolisa. Dalam sel elektrolisa arus yang akan dialirkan akan menimbulkan reaksi reduksi dan oksidasi dangan mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Proses pelapisan terjadi jika suatu benda yang akan dilapisi berfungsi sebagai katoda dan benda pelapis sebagai anoda dicelupkan kedalam larutan elektrolit dengan kosentrasi tertentu, kemudian arus dialirkan kedalam larutan tersebut maka ion-ion pada anoda akan terurai ke dalam larutan dan akan melapisi benda

6 yang akan berfungsi sebagai katoda. Banyaknya ion yang diuraikan tergantung dari besarnya arus yang dialirkan. Semakin besar arus yang dialirkan semakin banyak ion yang diuraikan begitu pula sebaliknya. Hasil yang diperoleh dalam proses elektroplating dipengaruhi oleh banyak variabel diantaranya larutan yang di gunakan, suhu larutan, durasi planting tegangan antara dua elektroda, keadaan elaktroda yang digunakan dan sebagainya. Tujuan dari elektroplating itu sendiri selain untuk mempertinggi nilai deduktif juga berfungsi sebagai proteksi terhadap korosi dan untuk menghasikan benda atau logam yang mempunyai karakteristik fisik dan mekanik tertentu. 1. Reaksi elektrokimia Reaksi elektrokimia yaitu reaksi yang menghasikan transfer bentuk energi listrik menjadi energi kimia atau sebaliknya melalui saling interaksi antara arus listrik. Dalam proses elaktroplating pemberian arus listrik akan menimbulkan reaksi reduksi-oksidasi, dengan kata lain energi listrik diubah menjadi energi kimia. 2. Reaksi yang terjadi pada Anoda dan Katoda Jika sel elektrolit digunakan tembaga sebagai anoda dan benda yang akan dilapis sebagai katoda. Keduanya

7 dicelupkan kedalam bak yang berisi larutan garam dari tembaga seperti CuSO 4 denga kosentrasi tertentu, kemudian arus dialirkan kedalam larutan tersebut maka benda katoda akan telapis dengan tembaga. Dalam hal ini beberapa elektron dari katoda tranfer elektron dengan ion tembaga bermuatan positif CU 2+, dan membebaskanya sebagai atom logam tembaga. Atom logam tembaga ini mengambil tempat di permukaan tembaga Proses pelapisan dapat terjadi karena elektron yang lepas dari atom-atom tembaga meninggalkan anoda yang kemudian masuk ke dalam larutan sebagai ion-ion tembaga. SUMBER ARUS SEARAH AMPERE METER Cu 2+ Cu 2+ Cu 2+ SO 4 2- SO 4 2- SO 4 2- So 4 2- ANODA KATODA Gambar 2.1 Proses reaksi yang terjadi pada anoda dan katoda

8 Proses pelapisan dapat terjadi sebagai berikut : elektron yang lepas dari atom-atom tembaga meninggalkan anoda yang kemudian masuk kedalam larutan sebagai ionion tembaga Cu Cu e (anoda) Electron bergerak dari anoda ke katoda bereaksi dengan ion-ion Cu menjadi ion-ion tembaga yang melapisi katoda. Cu e Cu (katoda)

9 METODOLOGI PENELITIAN Penelitian ini menggunakan cara yang dirancang untuk mendapatkan data yang aktual dengan langkah-langkah yang telah disusun secara sistematis. Dan metodologi penelitian ini merupakan salah satu cara untuk mempermudah membaca, menganalisa penelitian, dan memberikan gambaran umum proses penelitian dari awal sampai akhir pengujian hingga mendapatkan data yang diperlukan. 3.1 Rancangan dan Diagram Alir Penelitian Dalam rancangan penelitian ini akan dijelaskan dalam diagram alir Gambar 3.1 yang mengilustrasikan langkah-langkah yang akan dilakukan dalam proses penelitian tugas akhir mulai dari mempersiapkan peralatan dan bahan sampai dengan pengambilan data, analisis data serta kesimpulan dari percobaan yang telah dilakukan. Sehingga dalam penelitian akan lebih mudah mengetahui langkah-langkah yang akan diambil dalam peneltian. Adapun rancangan penelitian diterangkan dalam diagram alir.

10 Mulai Studi pustaka Pengadaan alat Pengadaan spesimen uji baja karbon rendah Pemolesan spesimen baja Pembersihan spesimen baja sesudah dipoles Proses elektroplating spesimen baja menggunakan tembaga Spesimen I lama pencelupan 8 detik, arus listrik 14 ampere, tegangan 9 volt Spesimen II lama pencelupan 8 detik, arus listrik 15 ampere, tegangan 9 volt Spesimen III lama pencelupan 8 detik, arus listrik 17 ampere, tegangan 9 volt Pengujian ketebalan foto mikro (ASTM B 487), Pengujian kekasaran, Pengujian foto makro. Hasil Analisa dan pembahasan Kesimpulan Selesai

11 DATA HASIL PENELITIAN 4.1. Data Hasil Penelitian Tabel 4.1 Data hasil penelitian. No T (detik) V (volt) I (amp) Ar F W Mulamula (gram) W Setelah dilapisi (gram) Pertambahan berat Tembaga , ,57 0, , ,79 0, , ,12 1,12 Berat total plat setelah dilapisi tembaga (gram) ,12 580,79 579, arus listrik (ampere) Gambar 4.2 Grafik berat spesimen yang dilapisi tembaga. Berat tembaga yang menempel (gram) 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 1,12 0,79 0, arus listrik (ampere) Gambar 4.3. Grafik hubungan arus listrik dengan berat tembaga yang menempel.

12 4.1. Data Hasil pengujian Data Hasil Pengamatan Struktur Mikro Tabel 4.4. Tabel hasil pengamatan Struktur Mikro. No. Variasi Arus listrik Tebal Lapisan (µm) Rata-rata 1 14 Amp 0,82 0,83 1,00 1,00 1,20 1,10 0, Amp 0,69 0,61 0,71 0,53 0,76 0,88 1, Amp 1,20 1,30 1,60 1,50 0,95 0,87 2,473 Plat baja Lapisan tembaga 20 µm Resin Gambar 4.5. Foto Stuktur Mikro Baja Karbon Rendah dengan waktu tahan celup 8 detik dengan arus 14 ampere dan tegangan 9 volt didapat ketebalan 1,52 µm perbesaran 200x.

13 Plat baja Lapisan tembaga 20 µm Resin Gambar 4.6. Foto Stuktur Mikro Baja Karbon Rendah dengan waktu tahan celup 8 detik dengan arus 15 ampere dan tegangan 9 volt didapat ketebalan 2,14 µm perbesaran 200x. Plat baja Lapisan tembaga 20 µm Resin Gambar 4.7. Foto Stuktur Mikro Baja Karbon Rendah dengan waktu tahan celup 8 detik dengan arus 17 ampere dan tegangan 9 volt didapat ketebalan 3,80 µm perbesaran 200x.

14 Tebal lapisan (µm) 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 3,8 2,14 1, arus listrik (ampere) Gambar 4.8. Grafik hubungan arus listrik dengan tebal lapisan sebenarnya. Tebal lapisan (µm) ,9 1,52 4,2 2,14 4,8 3,8 Tebal lapisan sebenarnya arus listrik (ampere) Gambar 4.9 Grafik perbandingan tebal lapisan sebenarnya dengan tebal lapisan secara teoritis.

15 Data Hasil Pengamatan Foto Makro Gambar 4.10 Spesimen 1 baja karbon rendah dengan pelapisan tembaga waktu tahan celup 8 detik dengan arus 14 ampere dan tegangan 9 volt, pembesaran 9x. Gambar 4.11 Spesimen 2 baja karbon rendah dengan pelapisan tembaga waktu tahan celup 8 detik dengan arus 15 ampere dan tegangan 9 volt, pembesaran 9x.

16 Gambar 4.12 Spesimen 3 baja karbon rendah dengan pelapisan tembaga waktu tahan celup 8 detik dengan arus 17 ampere dan tegangan 9 volt, pembesaran 9x. Tabel 4.13 Data hasil Pengujian kekasaran permukaan. Spesimen Kekasaran Permukaan (µm) Arus listrik Ra 1 Ra 2 Ra 3 Ra 4 Ra 5 Rata-rata 14 0,5057 0,3436 0,4050 0,6438 0,3739 0, ,3220 0,4384 0,3997 0,3119 0,3176 0, ,3955 0,2936 0,2725 0,2631 0,4011 0,32 Tingkat kekasaran Ratarata (µm) 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,45 0,35 0, arus listrik (ampere) Tingkat kekasaran rata-rata Gambar Grafik tingkat kerataan rata-rata.

17 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Dari pangamatan yang telah dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Baja karbon rendah yang telah mengalami proses Elektroplating (pelapisan tembaga), memperlihatkan bahwa dari ketiga spesimen terjadi penambahan ketebalan lapisan tembaga dan penambahan berat tembaga yang diendapkan dikarenakan pengaruh waktu dan rapat arus penahanan celup, hal ini sesuai bahwa berat zat (unsur,senyawa,ion) yang dilepaskan sebanding langsung dengan besarnya arus listrik dan waktu tahan celup yang melalui sel elektrolit. 2. Dari penelitian didapatkan berat spesimen sesudah dilapisi dangan penahan celup 14 ampere dari berat awal 579 gram menjadi 579,57 mengalami pertambahan berat 0.57 gram, Penahanan celup 15 ampere dari berat awal 580 menjadi 580,79 gram mengalami penambahan berat 0,79 gram, penahan celup 17 ampere dari berat awal 585 gram menjadi 586,12 gram mengalami penambahan berat 1,12 gram. 3. Dari hasil pengamatan struktur mikro didapat tebal lapisan tembaga dengan waktu plating 8 detik, arus 14 ampere,

18 tegangan 9 volt diperoleh ketebalan lapisan 1,52 µm, pelapisan waktu tahan celup 8 detik, arus 15 ampere, tegangan 9 volt diperoleh ketebalan lapisan 2,14 µm, pelapisan dengan waktu tahan celup 8 detik, arus 17 ampere, tegangan 9 volt diperoleh ketebalan lapisan 3, Hasil penelitian kekasaran pelapisan tembaga pada baja karbon rendah dengan penahan celup 14 ampere diperoleh tingkat kekasaran permukaan rata-rata 0,45 µm, penahan celup 15 ampere diperoleh tingkat kekasaran rata-rata 0,35 µm, sedangkan penahan celup 17 ampere diperoleh tingkat kekasaran rata-rata 0,32 µm Saran Dari uraian diatas penulis dapat membuat saran sebagai berikut: 1. Untuk penelitian berikutnya perlu penelitian yang lebih lengkap tentang variasi arus dan waktu celup yang lebih efektif untuk proses elektroplating. 2. Perlu dikembangkan tentang elektroplating pada bahan non logam. 3. Untuk mendapatkan kualitas yang lebih baik perlu diperhatikan diantarannya: Temperatur, waktu dan rapat arus yang digunakan. Kualiatas dan persiapan spesimen. Komposisi dan kemurnian larutan elektrolit.

19 DAFTAR PUSTAKA Ambudi, T.P., 2005, Penelitian Tentang Pengaruh Densitas Arus dan Temperatur Planting nikel Terhadap Adhesivitas dan Kehalusan Permukaan Pada Proses Elektroplating Tembaga-Nikel, Tugas Akhir, UMS, Surakarta. Candra, W., 2009, Pengaruh Pelapisan Nikel Proses Elektroplating terhadapharga Fatiqu, Tarik dan Struktur Mikro P0ros Roda Depan Merk Tiger, Tugas Akhir, UMS, Surakarta. Amstead, B.H., Djaprie, s. (Alih Bahasa), 1991, Teknologi mekanik, Edisi ke-7 PT. Erlangga, Jakarta. Hartomo, AJ., Kaneko T., 1992, Mengenal Pelapisan Logam (Elektroplating), Andi offset, Jogjakarta. Sembada., RH., 2008, Pembuatan Dies Dengan Metode Elektroplating Tembaga Nikel dan Krom Dengan Variasi Waktu Pencelupan 2400 s, 3000 s, 3600 s, 3600 s, dan Rapat Arus 7 Ampere Pada Polimer, Tugas Akhir, UMS, Surakarta. Annual Book of Standards ASTM, B , Standart Test Method for Measurement of Coating Thicknesses by the Magnetic Method : Nonmagnetic Coatings on Magnetic Basis Metals, West Conshocken, PA : United States Annual Book of Standards ASTM, B , Standart Test Method for Measurement of Metal and Oxide Coating Thickness by Microscopical Examination of a Cross Section, West Conshocken, PA : United States. Mallory, GO, Kajdu, JB, 1990, Electroless Plating : Fundamentals and Aplications, Noyes Publications, New York. Van Vilet, G.L.J., dan Both, W., 1984, Teknologi Untuk Bangunan Mesin Bahan-Bahan 1, Erlangga, Jakarta Jakarta. Purboyo, T, A, 2004, Pengaruh Waktu Penahanan Pada Proses ElektroplatingTerhadap cacat Vibraus Bahan Muffler, Tugas Akhir, UMS, Surakarta. Riyanto, Ph. D, 2013, Elektrokimia dan aplikasinya, edisi ke-1 graha ilmu, jogjakarta.