PENGARUH KUAT ARUS TERHADAP KEKERASAN, STRUKTUR MIKRO DAN LAJU KOROSI LAPISAN CHROMATE COATING PADA LOGAM ALUMINIUM Oleh: Bambang Hari P 1), Y. Yulianto K 2), Martinus Heru P 3) 1); 2); 3) Jurusan Teknik Mesin, Akademi Teknologi Warga Surakarta ABSTRACT The objective of this reseach is to find out the influence of currents in the process of chhromate coating on microstructure, hardness and corrosion rate of aluminium (Al). Aluminium is coated with copper (Cu), nickel (Ni) and chromium (Cr) variated with current (60 A, 90 A, and 120 A). Corrosion rate was tested with three-electrode cell method using 0.3% NaCl solution. Micro Vickers indentation was used for measuring surface hardness with load of 10 grams and an optical microscope is used to observe crosssectional microstructure. The highest value of surface hardness and the lowest corrosion rate are obtained on specimens of Al/Cu/Ni/Cr with the current 90 A. Increasing current can improve 1,10 mmpy corrosion rate and 571 VHN surface hardness of the specimen. However, the optimum currents is 90 A, if currents is increased again it can increase the corrosion rate and decrease the surface hardness of the specimen. Figures from microstructure observation of the specimen cross-section show tight thin layer on the specimen surface, so this layer can inhibit corrosion and increase the surface hardness of the specimen. Key words: Chromate coating, aluminium, corrosion resistance. I. PENDAHULUAN Sifat dari logam aluminium perlu ditingkatkan lagi dengan cara merekayasa sifat dari logam aluminium, salah satunya dengan proses perlakuan permukaan. Dengan proses perlakuan permukaan diharapkan sifat-sifat dari logam aluminium dapat ditingkatkan demikian juga dengan penampilannya. Salah satu cara dari proses perlakuan permukaan adalah dengan chromate coating. Proses chromate coating mempunyai keunggulan karena dapat dilakukan pada suhu kamar sehingga tidak menimbulkan distorsi atau perubahan struktur pada substrate. Permukaan dari substrate akan dikonversi dalam bentuk lapisan tipis chromate setelah dicelupkan ke dalam larutan chromic acid, chromic salt atau larutan kimia lainnya yang telah diberi aliran arus listrik DC. Arus listrik akan mengalir pada larutan ini sehingga ion-ion dari larutan akan menempel pada permukaan substrate. Untuk memperoleh hasil yang optimal, pada permukaan substrate harus dalam kondisi bersih saat proses pelapisan berlangsung. Dengan memberikan sirkulasi pada larutan elektrolit juga akan dapat memberikan hasil yang lebih optimal, karena proses pelekatan ion-ion dari larutan elektrolit pada permukaan substrate dapat berlangsung lebih merata. Substrate yang dipakai disini adalah logam aluminium dan penggunaan dari chromate coating bertujuan untuk proteksi terhadap korosi serta untuk keperluan decorative. Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk : 1. Menganalisa pengaruh proses chromate coating pada logam aluminium dengan memvariasi kuat arus yang digunakan. 2. Mengetahui pengaruh lapisan chromate terhadap sifat-sifat dari logam aluminium ditinjau dari struktur mikro, kekerasan permukaan dan ketahanan korosinya. II. BAHAN DAN METODE A. BAHAN DAN PERALATAN Teknika ATW(2013)...-.. halaman 1
Bahan yang digunakan dalam penelitian : 1. Logam aluminium murni Digunakan sebagai spesimen yang berbentuk lingkaran dengan diameter 14 mm dan tebal 2 mm. Logam ini sebagai bahan yang dilapisi (katoda). 2. Amplas ukuran 600 sampai dengan 2000 mesh Digunakan untuk menghaluskan permukaan spesimen. 3. Autosol metal polish Digunakan untuk finishing dalam penghalusan permukaan spesimen agar diperoleh permukaan spesimen yang benar-benar halus dan mengkilap. 4. Alkohol Digunakan untuk membersihkan permukaan spesimen agar benar-benar bersih dari kotoran. 5. Larutan elektrolit Larutan cooper sulfate sebagai larutan elektrolit dalam proses pelapisan Cu. Larutan Watt s sebagai larutan elektrolit dalam proses pelapisan Ni. Larutan chromic acid sebagai larutan elektrolit dalam proses pelapisan Cr. 6. Anoda Tembaga (Cu), Nikel (Ni), Timbal (Pb) sebagai anoda dalam proses pelapisan. Peralatan yang digunakan dalam penelitian : 1. Alat punching berukuran diameter 14 mm Digunakan untuk memotong plat aluminium dengan tebal 2 mm, sehingga diperoleh spesimen berbentuk lingkaran berdiameter 14 mm dengan ketebalan 2 mm. 2. Alat proses chromate coating Gambar 1. Alat proses chromate coating 3. Alat uji kekerasan Menggunakan alat uji merk Buchler Micromet 2100 series, beban indentor 10 gr dengan waktu pembebanan 10 detik. 4. Alat uji korosi Menggunakan alat uji Potensiostat/Galvanostat PGS 201 T, dengan rentang tegangan - 2000 mv s/d 2000 mv dan rentang arus 200 na s/d 2 A. 5. Alat uji komposisi bahan Pengujian komposisi bahan menggunakan alat Desktop Metals Analyser dengan merk Metalscan 2500 series. Elektron ditembakkan pada permukaan sampel, yang kemudian akan memancarkan X-Ray yang menunjukkan karakterisasi masing-masing unsur yang Teknika ATW(2013)...-.. halaman 2
akan ditangkap oleh detektor, kemudian secara otomatis akan diolah secara komputerisasi sehingga diperoleh data tentang unsur-unsur yang terkandung dalam sampel tersebut. 6. Alat uji struktur mikro Pengujian struktur mikro menggunakan mikroskop optik merk Olympus dan menggunakan larutan Asam Fluorida (HF 4,8 %) untuk mengetsa spesimen B. KAJIAN PUSTAKA Bhatt (2009) mengemukakan bahwa korosi adalah degradasi atau kerusakan komponen logam karena reaksi dengan lingkungan. Lapisan kromium konversi coating diterapkan untuk passivate permukaan logam agar dapat memperlambat dan mencegah proses korosi. Adnyani, dkk (2009) mengemukakan bahwa kekerasan permukaan berdasarkan hasil uji kekerasan Vickers akan semakin meningkat dengan naiknya kuat arus dan bertambahnya titik distribusi arus. Syamsa dan Santoso (2007) mengemukakan proses pelapisan nikel dengan menggunakan arus listrik (electroplating), semakin besar rapat arus dan semakin tinggi temperatur yang digunakan maka semakin tebal lapian nikel yang dihasilkan. Dobreva, dkk (2002) melakukan penelitian perlindungan korosi oleh lapisan tembaga, nikel dan krom. Superposisi dari tembaga, nikel dan krom membentuk pelindung multilayer yang bersifat dekoratif dan menjadi perlindungan terbaik terhadap korosi. Pengujian kekerasan bahan bertujuan untuk menentukan ketahanan suatu bahan terhadap deformasi plastis apabila bahan tersebut diberi beban dari luar. Pengujian kekerasan bahan pada penelitian ini menggunakan metode indentasi mikro Vickers, dimana pada permukaan material diberi bebas sebesar 10 gram. Indentor berbentuk piramida intan dengan sudut antara pemukaan berlawanan 136 o. Nilai kekerasan Vickers dinyatakan dengan rumus (ASM Metals HandBook Vol.8) P VHN 1,854 (kg/mm 2 ) 2 d Dimana, P = beban terpasang (kg) d = diagonal bekas injakan penetrator (mm) Pengujian laju korosi dilakukan dengan pengamatan intensitas arus korosi (Icorr) benda uji di dalam lingkungan Natrium Chlorida (NaCl) 0,3%. Ketepatan penentuan harga Icorr sangat penting karena Icorr berbanding langsung dengan besarnya laju korosi suatu logam di dalam lingkungannya. Perhitungan untuk mengetahui laju korosi dari percobaan ini dapat menggunakan metode berdasarkan kurva potensial vs log intensitas arus korosi (Muhammad, 2009). Gambar 2. Kurva potensial vs log intensitas arus Teknika ATW(2013)...-.. halaman 3
Harga laju korosi dapat ditentukan berdasarkan harga dari rapat arus korosi, dimana harga laju korosi suatu logam dalam lingkungannya sebanding dengan harga rapat arus korosi. Sesuai dengan persamaan laju korosi (Jones, 1991), seperti berikut ini: ai r 0, 00327 nd Dengan, r = laju korosi (mmpy) a = berat atom i = rapat arus korosi (µa/cm 2 ) n = valensi atom D = berat jenis spesimen (gr/cm 3 ) C. METODE PENELITIAN Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah logam aluminium murni yang mempunyai komposisi (99,52 % Al; 0,102 % Si; 0,237 % Fe; 0,098 % Mn; 0,052 % Mg ; 0,066 % Ni; 0,051 % Sr; 0,217 % Ti; 0,146 % Ca; 0,166 % V dan 0,17 % Zr). Spesimen dipotong berbentuk lingkaran dengan diameter 14 mm dan tebal 2 mm menggunakan alat punch. Spesimen dilapisi dengan tiga lapisan yaitu: Cu, Ni dan Cr, menggunakan proses chromate coating dengan variasi kuat arus 60, 90 dan 120 A, menggunakan waktu pelapisan 5 detik dan tegangan 6 V. Pengujian komposisi bahan menggunakan Desktop Metals Analyser dengan merk Metalscan 2500 series. Mula Persiapan Spesimen Al d = 14 mm, Uji Tanpa pelapisan Pelapisan Cu V = 6 V; t = 5 detik; I = 60 A Pelapisan Cu/Ni V = 6 V; t = 10 menit; I = 60 A Pelapisan Cu/Ni/Cr V = 6 V; t = 5 detik; Uji Laju Korosi Uji Kekerasan P = 10 gr ; t = 10 Nilai Uji Struktur Analisis Data Kesimpulan Sele Gambar 3. Diagram alir penelitian Teknika ATW(2013)...-.. halaman 4
Pengujian kekerasan menggunakan alat dengan merk Buchler Micromet 2100 series, beban indentor 10 gram dengan waktu pembebanan 10 detik. Pengujian laju korosi menggunakan alat Potensiostat / Galvanostat PGS 201 T, dengan rentang tegangan -2000 mv s/d 2000 mv dan rentang arus 200 na s/d 2 A. Pengujian struktur mikro menggunakan mikroskop optik merk Olympus dan menggunakan larutan Asam Fluorida (HF 48 %) untuk mengetsa spesimen. III. ASIL DAN PEMBAHASAN A. Uji Kekerasan Spesimen Gambar 4. Perbandingan kekerasan permukaan spesimen Proses chromate coating dengan variasi kuat arus menyebabkan perbedaan nilai kekerasan pada spesimen. Kekerasan spesimen mempunyai nilai optimum pada spesimen Al-Cu-Ni-Cr dengan arus 90 A sebesar 571 VHN 0,01 yang ditunjukkan pada gambar 4. Dalam hal ini kuat arus berfungsi sebagai pemindah ion-ion krom menempel pada spesimen, semakin tinggi kuat arus maka semakin cepat ion-ion krom menempel pada permukaan spesimen, sehingga lapisan krom lebih padat yang menyebabkan kekerasan permukaan pada spesimen meningkat. Kuat arus mempunyai nilai yang optimal pada arus 90 A dan apabila dinaikkan lagi dapat mengurangi kekerasan permukaan spesimen. Hal ini disebabkan ion-ion krom yang menempel pada permukaan spesimen mempunyai sifat jenuh sehingga dapat merusak ikatan lapisan spesimen yang mengakibatkan penurunan kekerasan spesimen B. Pengujian Laju Korosi I cor Spesimen Gambar 5. Perbandingan Laju Korosi Teknika ATW(2013)...-.. halaman 5
Pada gambar 5, nilai ketahanan korosi optimum pada spesimen Al-Cu-Ni-Cr diperoleh pada penggunaan arus 90 A, yaitu sebesar 1,10 mmpy. Hal ini disebabkan spesimen mempunyai lapisan yang lebih rapat, sehingga logam induk akan lebih terlindung dari korosi dimana larutan pengkorosif sukar masuk untuk mengkorosi logam induk. C. Pengujian Struktur Mikro substrat 100µm Gambar 6. Struktur mikro penampang melintang pada spesimen Berdasarkan hasil uji laju korosi dan uji kekerasan diperoleh spesimen Al-Cu-Ni-Cr dengan arus 90 A yang mempunyai nilai optimum. Gambar 6, menunjukkan penampang melintang dari spesimen, dimana setiap satu strip mempunyai ketebalan 10 µm sehingga tebal lapisan sekitar 15 µm. Dengan adanya lapisan plating diatas permukaan specimen/logam alumunium menyebabkan permukaan spesimen lebih rapat sehingga dapat meningkatkan ketahanan terhadap korosi. IV. SIMPULAN 1. Proses chromate coating pada logam aluminium dapat meningkatkan kekerasan permukaan alumunium. Nilai kekerasan permukaan pada spesimen Al sebesar 35 VHN0,01. Peningkatan nilai kekerasan optimum sebesar 571 VHN0,01 terjadi pada spesimen Al yang dilapisi Cu, Ni dan Cr dengan arus 90 A. 2. Proses chromate coating pada logam aluminium dapat menurunkan laju korosi dalam media larutan 0,3% NaCl. Nilai laju korosi pada spesimen Al sebesar 3,31 mmpy. Penurunan nilai laju korosi optimum sebesar 1,10 mmpy terjadi pada spesimen Al yang dilapisi Cu, Ni dan Cr dengan arus 90 A. Struktur mikro pada spesimen Al yang dilapisi Cu, Ni dan Cr dengan arus 90 A menunjukkan adanya lapisan pasif yang rapat dengan ketebalan sekitar 15 µm. Dengan adanya lapisan pasif ini dapat meningkatkan kekerasan permukaan logam aluminium dan menurunkan laju korosi. V. DAFTAR PUSTAKA [1] Adnyani, I.A.S., Triadi, A. A. A., 2009, Pengaruh Kuat Dan Distribusi Arus Terhadap Ketebalan dan Kekerasan Lapisan Krom pada Stoneware Dan Earthenware, Jurnal Publikasi Vol. 8 No.2 Juli- Desember 2009. [2] ASM Metals HandBook Volume 8, 2000, Mechanical Testing and Evaluation. [3] ASM, 1987, Metals Handbooks Corrosion, Vol 13, Ninth Edition, ASM International Park, Ohio. [4] Bhatt H.2009,Trivalent Chromium Conversion Coating for Corrosion Protection of Aluminum Surface. [5] Jones, D.A.1991, Principles and Prevention of Corrosion, Mc Milman Publishing Company, New York. [6] Muhammad, 2009, Pengaruh Implantasi Ion Titanium Nitride (TiN) terhadap Laju Korosi pada baja VCL 140 dalam Lingkungan NaCI 0,5 %. [7] Syamsa, M., Santoso, B., 2007, Pengaruh Parameter Proses Pelapisan Nikel Terhadap Ketebalan Lapisan, Jurnal Teknik Mesin Vol. 9, No. 1, April 2007: 25 30.. Teknika ATW(2013)...-.. halaman 6