NASKAH PUBLIKASI ILMIAH PENGARUH VOLTASE TERHADAP KETEBALAN DAN KILAP PADA PROSES PELAPISAN TEMBAGA PADA MATERIAL BAJA KARBON SEDANG Disusun Untuk Memenuhi Tugas dan Syarat - Syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjan Teknik (S1) Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun Oleh : PUTUT INDARTO D 200 07 0015 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2014
PENGARUH VOLTASE TERHADAP KETEBALAN DAN KILAP PADA PROSES PELAPISAN TEMBAGA PADA MATERIAL BAJA KARBON SEDANG Putut Indarto, Masyrukan, Agus Yulianto Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartosuro Email : Phe.Indarto@gmail.com Abstraksi Electroplating adalah proses pelapisan suatu logam dengan logam lain dengan bantuan arus listrik di dalam suatu larutan elektrolit secara elektrokimia. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi tegangan proses electroplating terhadap ketebalan dan kilap pada baja karbon sedang dengan pelapisan tembaga. Dalam kegiatan ini menggunakan baja karbon sedang dengan dimensi 4 cm x 4,5 cm dengan ketebalan 1,5 cm sebanyak 3 spesimen, variasi tegangan 5 volt, 7 volt, 9 volt yang akan dilapisi tembaga menggunakan metode electroplating dengan waktu celup 12 detik. Selanjutnya dilakukan pengujian ketebalan dengan coating gauge Uji kilap dengan glossmeter. Hasil pengujian ini menunjukan bahwa pada spesimen 1 pelapisan tembaga dengan tegangan 5 volt mempunyai ketebalan 0,60 µm, untuk spesimen 2 pelapisan tembaga tegangan 7 volt mempunyai ketebalan 1,00 µm dan untuk spesimen 3 pelapisan tembaga tegangan 9 volt mempunyai ketebalan 1,42 µm. Sedangkan hasil pengujian kilap Pada tegangan 5 volt mempunyai kilap sebesar 110,1 GU. Pada tegangan 7 volt sebesar 158,9 GU Dan tegangan 9 volt sebesar 160,8 GU. Kata Kunci : Voltase, Ketebalan, Kilap, Baja Karbon Sedang, Electroplating Tembaga. ii
HALAI'AN PENGESAHAN NASKAH PUBLIKASI ILMIAH fh#fr berjudul 'PENGARUH VOLTASE TERHADAP KETEBALAN DAN M.AP PADA PROSES PELAPISAN TEMBAGA PADA MATERIAL BAJA ftrb00{ SEDAI{G", telah disetujui pembimbig dan disahkan koordinator "p.-ga, slarat untuk Seminar Tuqgas Akhir dan Ujian Tugas Akhir pada Jurusan TEffi *fesan Fakuttas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. foersryian oleh : h H[ PUTUT INDARTO D 200 070 015 f't*efifl, pada i'ltrt Tmggal Komr-... so ja['ror. ioi+ Pembimbing Utama, p+ lr. Masvnrkan. MT Pembimbing lendamping, Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah lll
A. PENDAHULUAN 1. Latar Belakang Setiap benda logam baik baja, besi maupun aluminium dan material lainnya yang dipergunakan sehari-hari memerlukan proses penyelesaian akhir sebelum digunakan. Proses ini disebut dengan metal finishing sedangkan proses penyelasaian pada permukaan logam disebut surface finishing. Proses surface finishing diperlukan agar penampilan berubah. Sifat sifatnya seperti termal, magnetik, material dapat diubah sesuai tujuan. Selain itu alasan kekuatan struktural, keawetan dan lain-lain dari material hasil Proses surface finishing menjadi pertimbangan untuk dilakukannya proses ini. Atas dasar pertimbangan tersebut maka proses pada permukaan material (surface treatment) dilakukan. Proses surface treatment yang banyak dilakukan dewasa ini adalah proses electroplating. Di dunia plating, jenis logam pelapis yang sering digunakan antar lain tembaga, nikel dan krom. Ketiga logam pelapis tersebut tembaga banyak untuk lapisan dasar, sebelum di vernikel/verkrom, dan lebih dikenal dengan electroplating tembaga. 2. Tujuan Penelitian Pada penelitian ini penyusun laporan mempunyai tujuan : 1. Mengetahui electroplating tembaga serta proses dan hasil pengujian kilap dan pengujian ketebalan. 2. Mengetahui lebih lanjut tentang baja karbon sedang baik sebelum maupun sesudah dilapisi tembaga. B. TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 1. Tinjauan Pustaka Alois schinmeetz, Karl Gruber (1985) dalam teorinya mengatakan bahwa pelapisan permukaan yang mengutamakan keindahan yang mengkilap, yaitu dengan memberikan Nikel-Krom. Nikel memang tidak peka terhadap akibat kimiawi, akan tetapi akan memberikan perlindungan yang meyakinkan bagi suatu logam yang dipadu dengan Krom. Pelapisan pada Baja dan Aluminium sangat baik bila menggunakan Krom, dikarenakan sifat krom itu sendiri pada hasil pelapisan menjadikan keras dan tahan aus serta tahan terhadap kimiawi. 1
Risyanto (2006) melakukan penelitian tentang pengaruh variasi waktu celup krom proses elektroplating tembaga nikel dan krom terhadap cacat vibrous pada aluminium 1100 menyimpulkan bahwa semakin lama waktu celup electroplating semakin berat lapisan yang dihasilkan. Semakin lama waktu celup electroplating semakin tebal lapisan yang dihasilkan. 2. Landasan Teori a. Baja Karbon Sedang dan Sifatnya Baja karbon adalah material yang terbentuk dari unsur utama Fe dan unsur kedua yang berpengaruh pada sifatnya adalah karbon. Fungsi karbon dalam baja adalah sebagai unsur pengeras dengan mencegah dislokasi bergeser pada kisi kristal (crystal lattice) atom besi. Baja karbon menurut jumlah karbon penyusunya antara lain adalah baja karbon sedang, yaitu baja karbon yang memiki 0,35-0,59% unsur karbon. Lebih kuat daripada baja karbon rendah. Sifat mekanik material baja karbon sedang ini dipengaruhi oleh struktur mikro dan perlakuan yang diterimanya. Dapat dinaikkan sifat mekaniknya melalui perlakuan panas austenitizing, quenching, dan tempering. Penggunaanya untuk poros, rel, roda kereta api, dan bagian mesin lainya yang berkekuatan tinggi yang mempunyai kombinasi struktur kekuatan tinggi, ketahanan aus. b. Electroplating Electroplating adalah proses pelapisan suatu logam dengan logam lain di dalam suatu larutan elektrolit dengan pemberian arus listrik. Konsep yang digunakan dalam proses electroplating adalah konsep reduksi dan oksidasi dengan menggunakan sel elektrolisis. Dalam sel elektrolisis arus yang dialirkan menimbulkan reaksi reduksi dan oksidasi dengan merubah energi listrik menjadi energi kimia. Proses pelapisan terjadi jika suatu benda yang akan dilapisi berfungsi sebagai katoda dan benda pelapis berfungsi sebagai anoda. Dicelupkan kedalam larutan elektrolit dengan konsentrasi tertentu, kemudian arus dialirkan kedalam larutan tersebut, ion-ion pada anoda akan terurai pada larutan dan akan melapisi benda yang berfungsi sebagai katoda. Banyaknya ion yang 2
diuraikan tergantung dari besarnya arus yang dialirkan, semakin besar arus yang dialirkan, semakin banyak ion yang diuraikan dan begitu sebaliknya. Tujuan dari electroplating selain untuk mempertinggi nilai dekoratif juga berfungsi sebagai proteksi terhadap korosi dan untuk menghasilkan benda atau logam yang memiliki karakteristik fisik dan mekanik tertentu. c. Tegangan Tegangan yang digunakan dalam proses electroplating bervariasi divariabel 5 volt, 7 volt dan 9 volt sedangkan ampernya berbanding lurus dengan teganganya, maka rapat aruslah yang menyesuaikan dengan besar kecilnya voltage, bila dengan sistem bak asam kromat, efisiensi arus plating rendah, laju deposit tetap besar karena tegangan yang digunakan pada posisi paling besar terjadi penguraian garam logam yang menjadikan tingginya konduktifitas serta menambah mobilitas ion logam, tetapi viskositas berkurang, sehingga endapan ion logam pada katoda akan lebih cepat siekulasinya. C. METODELOGI PENELITIAN 1. Alat dan Bahan Alat 1. Bak 2. Gerinda Polishing 3. Power Supply DC 4. Thermometer 5. Tang Ampere 6. Stop Wacth 7. Kertas ph 8. Gelas Ukur 9. Crystal Heater 2. Bahan 1. Baja karbon sedang 2. Bahan pelapis yaitu berupa batangan tembaga. 3
3. Air aquades sebanyak 90 liter. 4. Bahan kimia yang digunakan antara lain : a) Brass Salt sebanyak 1 kg/18 liter aquades b) Zat Amoniak 5 ml/liter c) Potasium Cyanide sebanyak 3 biji/90 liter aquades Dalam penyusunan tugas akhir ini dibagi menjadi beberapa tahapan penelitian. Pertama, Study Pustaka dan Survey Lapangan. Pencarian data yang berhubungan dengan penelitian dari buku atau laporan yang sesuai serta meninjau langsung dari tempat pelapisan plating. Kedua, Persiapan Alat dan Bahan. Mencari dan menentukan alat dan bahan yang digunakan untuk penelitian. Baja Karbon yang digunakan adalah baja karbon sedang. Ketiga, Memotong bahan menjadi 3 bagian yang nantinya akan dilapisi tembaga. Keempat, Pre Treatment Proses Electroplating Tembaga Yaitu Perawatan dan pembersihan spesimen sebelum melalui proses electroplating. Pembersihan dilakukan untuk menghaluskan permukaan spesimen diperlukan agar didapatkan hasil pelapisan tembaga yang baik. Kelima, Proses Electroplating Tembaga. Proses pelapisan baja dengan tembaga di dalam larutan elektrolit dengan menggunakan voltase dengan variasi 5v, 7v, 9 v, dengan menggunakan arus listrik searah. Waktu pencelupan konstan selama 12 detik.keenam, Pengujian. Pengujian dilakukan untuk mengetahui tingkat kualitas dari bahan yang telah kita plating. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian ketebalan lapisan plating serta pengujian tingkat kilap dari bahan yang kita plating. Ketujuh, Mencatat data hasil penelitian dan melakukan pembahasan lebih lanjut. Diharapkan dapat mempunyai hasil positif. Kedelapan, Penarikan Kesimpulan Menyimpulkan data dan hasil pembahasan. D. DATA HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 1. Pengujian ketebalan pelapisan dengan coating gauge Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui tebal lapisan yang terdapat pada spesimen dengan menggunakan coating gauge. Adapun pengamatan tebal lapisan yang terdapat pada spesimen dilakukan pada 4
permukaan spesimen, dan diperoleh hasil pengujian seperti yang terlihat pada tabel D.1.1. Spesime n Tabel D.1.1. Data hasil penelitian ketebalan lapisan Tegangan 1 5 Volt 2 7 Volt 3 9 Volt Tebal Lapisan (µm) 1 2 3 4 5 Rata-Rata 0.59 0.79 0.68 0.45 0.53 0.60 0.94 1.13 1.10 0.95 1.00 1.00 1.10 1.45 1.60 1.50 1.43 1.42 Tebal Lapisan (µm) 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Ketebalan Lapisan 5 volt 7 volt 9 volt Tegangan (voltase) Tebal lapisan Gambar D.1.1.. Grafik hubungan tegangan terhadap ketebalan lapisan Dari hasil penelitian dari material baja karbon sedang yang telah mengalami proses electroplating tembaga menunjukan bahwa ketiga material terjadi penambahan ketebalan lapisan. Ketebalan baja yang dilapisi tembaga dengan tegangan 5 volt mempunyai ketebalan 0,60 µm, untuk tegangan 7 volt mempunyai ketebalan 1,00 µm dan untuk tegangan 9 volt mempunyai ketebalan 1,42 µm. Semakin tinggi tebal lapisan dipengaruhi oleh besarnya tegangan. Arus berbanding lurus dengan teganganya Semakin besar arus maka mempercepat perpindahaan ion dari anoda menuju katoda. 2. Pengujian Kilap (Gloss) 5
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui tingkat kilap (gloss) spesimen. Adapun pengamatan kilap (gloss) lapisan dilakukan dengan gloss meter dengan sudut sinar 60 0, dengan cara sudut pantulan permukaan spesimen menggunakan gloss meter, sehingga didapat hasil seperti pada tabel D.2.1 Tabel D.2.1Data hasil pengujian kilap Spesimen Tegangan Kilap 1 5 volt 110,1 GU 2 7 volt 158,9 GU 3 9 volt 160,8 GU Tingkat Kilap ( Gloss) 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 5 Volt 7 Volt 9 Volt Tegangan ( voltase) Gambar D.2.1 Grafik hubungan tegangan terhadap tingkat kilap Dari hasil analisis material baja karbon sedang yang telah dilapisi tembaga didapatkan hasil pengujian kilap yang menggunakan Glossmeter. Pada tegangan 5 volt mempunyai kilap sebesar 110,1 GU. Pada tegangan 7 volt sebesar 158,9 GU Dan tegangan 9 volt sebesar 160,8 GU. menunjukan bahwa dengan semakin besar voltase mempengaruhi kilap lapisan pada spesimen. Hal ini dikarenakan arus yang mengalir semakin besar sehingga mengakibatkan larutan elektrolit menjadi semakin panas yang dikarenakan panas ion yang lepas dari atom-atom tembaga yang menempel pada katoda sehingga katoda yang terlapis menjadi berkilau. 3. Perhitungan Tebal lapisan Plating Secara Teoritis a) Pada proses pelapisan tembaga tebal lapisan secara teoritis pada tegangan 5 volt. Tingkat Kilap (Gloss) Tingkat Kilap (Gloss) 6
i = 7,1 Ampere t = 12 detik e = Ar/ Valensi = 63,54/2 F = 96.500 Coulomb δ = 8,9 gram/cm 3 W = W =, / W = 0,027 gram,. L p = 2 x [( P x l) + (P x T) + (l x T )] = 2 x [ (4 x 4,5)+(4,5x1,5)+(4x1,5)] = 2 x [ (18)+(6,75)+(6)] = 61,5 cm 2 W teoristis = L p x Tebal teoristis x δ 0,027 gram = 61,5 cm 2 xtebal teoristis x 8,9 gram/cm 3 0,027 gram = Tebal teoristis x 548,58 gram/cm Tebal teoristis = 0,000049 cm = 0,49 µm b) Pada proses pelapisan tembaga tebal lapisan secara teoritis pada tegangan 7 volt. i = 9,2 Ampere t = 12 detik e = Ar/ Valensi = 63,54/2 F = 96.500 Coulomb δ = 8,9 gram/cm3 7
W= 0,039 gram L p = 61,5 cm 2 W teoristis = L p x Tebal teoristis x δ 0,039 gram = 61,5 cm 2 xtebal teoristis x 8,9 gram/cm 3 0,039 gram = Tebal teoristis x 548,58 gram/cm Tebal teoristis = 0,000071 cm = 0,71 µm c) Pada proses pelapisan tembaga tebal lapisan secara teoritis pada tegangan 9 volt. i = 12 Ampere t = 12 detik e = Ar/ Valensi = 63,54/2 F = 96.500 Coulomb δ = 8,9 gram/cm3 W = 0,047 gram L p = 61,5 cm 2 W teoristis = L p x Tebal teoristis x δ 0,047 gram = 61,5 cm 2 xtebal teoristis x 8,9 gram/cm 3 0,047 gram = Tebal teoristis x 548,58 gram/cm Tebal teoristis = 0,000086 cm = 0,86 µm 8
Perbandingan Tebal Lapisan Tebal Lapisan (µm) 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 5 7 9 Voltase ( Volt) Tebal Lapisan Sebenarnya Tebal Lapisan Secara Teoritis Gambar D.3.a Grafik Perbandingan tebal lapisan sebenarnya dan tebal lapisan secara teoritis Ketebalan baja yang dilapisi tembaga menggunakan coating gauge dengan tegangan 5 volt mempunyai ketebalan 0,60 µm, untuk tegangan 7 volt mempunyai ketebalan 1,00 µm dan untuk tegangan 9 volt mempunyai ketebalan 1,42 µm. Ketebalan baja yang dilapisi tembaga secara teoritis tegangan 5 volt mempunyai ketebalan 0,49 µm, untuk tegangan 7 volt mempunyai ketebalan 0,70 µm dan untuk tegangan 9 volt mempunyai ketebalan 0,86 µm. Terjadi perbedaan antar ketebalan lapisan yang diuji menggunakan coating gauge dan secara teoritis. Dimana menggunakan coating gauge memiliki ketebalan yang lebih tinggi dengan spesimen baja serta variasi voltase yang sama dengan perhitungan teoritis. Di karenakan proses kurang maksimal, kondisi larutan yang masih belum bersih setelah proses pencelupan sebelumnya. 9
E. KESIMPULAN DAN SARAN 1. Kesimpulan Dari hasil pengamatan dan analisis data, maka penelitian tugas akhir yanag berjudul Pengaruh Voltase Terhadap Ketebalan Dan Kilap Pada Proses Pelapisan Tembaga Pada Material Baja Karbon Sedang dapat disimpulkan : 1. Bahan yang di uji adalah baja karbon sedang dengan panjang 4 cm, lebar 4,5 cm dengan ketebalan 1,5 cm adalah proses electroplating tembaga menggunakan proses elektrokimia, reaksi reduksi-oksidasi dan hukum faraday. 2. Berdasarkan hasil pengamatan selama penelitian electroplating tembaga yang dipadukan dengan dasar teori maka dapat disimpulkan sebagai berikut : a) Semakin besar voltase yang diberikan dengan waktu celup yang konstan maka semakin tebal lapisan plating. Disebabkan arus berbanding lurus dengan teganganya. Semakin besar arus maka mempercepat perpindahaan ion dari anoda menuju katoda. b) Semakin besar voltase yang diberikan dengan waktu celup yang konstan maka tingkat kilapnya semakin tinggi. Dikarenakan tegangan semakin besar, arus besar tetapi dapat menjadikan lapisan kasar, bersisik, dan akan terbakar bila terlalu besar. Hal ini dikarenakan arus yang mengalir semakin besar sehingga mengakibatkan larutan elektrolit menjadi semakin panas dikarenakan panas ion yang lepas dari atomatom tembaga yang menempel pada katoda sehingga katoda yang terlapis menjadi berkilau. 2. Saran Dari uraian yang ditulis penulis dapat dibuat beberapa saran antara lain : a. Sebelum melakukan penelitian hendaknya mempelajari buku-buku serta teori yang dapat menunjang dan berkaitan dengan penelitian ini. 10
b. Dalam melakukan penelitian hendak diperhatikan kebersihan spesimen karena dapat mempengaruhi hasil dari pelapisan. c. Senatiasa diperhatikan alat dan bahan yang digunakan dalam pelapisan. Karena beberapa larutan dalam bahan kimia berbahaya. d. Untuk mendapatkan hasil peapisan yang bagus perlu diperhatikan antara lain : 1) Kualitas dari bahan yang akan dilapisi serta persiapan alat. 2) Komposisi bahan kimia serta kemurnian dari larutan elektrolit. 3) Temperatur, rapat arus, tegangan serta waktu pencelupan perlu diperhatikan. 4) Siklus pengerjaan dan kebersihan dari pelapisan. 11
DAFTAR PUSTAKA Alois Schinmeetz, Karl Gruber. 1985, Pengetahuan Bahan Dalam Pengerjaan Logam. Angkasa : Bandung Bradbury,E.J. 1990. Dasar Metalurgi Untuk Rekayasawan. Jakarta : PT Gramedia Pustaka Utama. Firmantika. 2000. Pengaruh waktu tahanan terhadap ketebalan lapisan menggunakan pelapisan nikel pada baja kerbon rendah (10cm x 7,5cm x1,2cm) dengan arus 3 ampere dan waktu tahan 20, 25, dan 30 menit. (Tugas Akhir S1-Fakultas Teknik) Surakarta, UMS. Hartomo, Anton dan J, Kameko T. 1992. Mengenal pelapisan Logam (elektroplating). Andi Offset : Yogyakarta. Ing, Beumer. 1994. Ilmu Bahan Logam Jilid 1 (Terjemahan). Bhratara: Jakarta. Nugroho, Sinu Wiris. 2006. Pengaruh Perbedaan Waktu Penahanan Pencelupan Pelapisan Plat Baja Karbon Rendah Dimensi 6x10 cm, Tebal 0,4 mm, Pada Arus 3 Ampere Dengan Nikel Pada Proses Electroplating, (Tugas Akhir S1-Fakultas Teknik) Surakarta, UMS. Risyanto. 2006. Pengaruh variasi waktu celup krom proses elektroplating tembaga, nikel krom terhadap cacat vibrous pada aluminium 1100, (Tugas Akhir S1-Fakultas Teknik) Surakarta, UMS. Riyanto. 2012. Elektrokimia dan aplikasinya. Graha Ilmu : Jogjakarta. Triono, Joko. 2008. Pengaruh waktu tahan celup proses elektroplating tembaga terhadap ketebalan pelapisan pada plat baja karbon tingi dengan variasi tahan 10, 12, dan 14 detik, (Tugas Akhir S1-Fakultas Teknik) Surakarta, UMS. Van Vlack, Djaprie, S. (Alih Bahasa) 1994. Ilmu Logam Dan Teknologi Bahan. Edisi Ke-5. Jakarta : PT Erlangga. 12