NASKAH PUBLIKASI PENGARUH WAKTU TAHAN CELUP PROSES ELEKTROPLATING TEMBAGA TERHADAP KETEBALAN PELAPISAN PADA PLAT BAJA KARBON TINGGI DENGAN VARIASI TAHAN 10,12 DAN 14 DETIK Naskah Publikasi Diajukan untuk memenuhi tugas Dan Syarat- Syarat Guna memperoleh Gelar Sarjana S1 Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun oleh : JOKO TRIYONO NIM : D 200 080 100 FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2013
2
PENGARUH WAKTU TAHAN CELUP PROSES ELEKTROPLATING TEMBAGA TERHADAP KETEBALAN PELAPISAN PADA PLAT BAJA KARBON TINGGI DENGAN VARIASI TAHAN 10, 12 DAN 14 DETIK Joko Triyono, Bibit Sugito, Pramuko Ilmu Purboputro Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. YaniTromol Pos I Pabelan, Kartosuro email : koko_teem@yahoo.com ABSTRAKSI Elektroplating adalah pelapisan permukaan logam dengan proses elektrokimia. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh waktu tahan celup proses elektroplating terhadap ketebalan pelapisan dan kekasaran permukaan pada baja karbon tinggi dengan pelapisan tembaga. Dalam kegiatan penelitian ini menggunakan baja karbon tinggi dengan ukuran panjang 10 cm x lebar 5 cm x tebal 16mm sebanyak 3 spesimen, tegangan 8 volt yang dilapisi dengan tembaga menggunakan metode elektroplating dengan variasi tahan celup 10, 12, 14 detik. Selanjutnya dilakukan pengujian ketebalan lapisan tembaga dengan foto mikro (Standart ASTM B 487) dan coating gauge (standar ASTM B 499), uji kekasaran dengan alat Surface tester (Surfcorder SE 1700) serta foto makro. Hasil pengujian ini menunjukkan bahwal Spesimen 1 pelapisan tembaga dengan waktu penahanan celup 10 detik diperoleh perbandingan ketebalan lapisan secara teoritis dengan ketebalan lapisan sebenarnya sebesar 3.16%, spesimen 2 pelapisan tembaga dengan waktu penahanan celup 12 detik diperoleh perbandingan ketebalan lapisan secara teoritis dengan ketebalan lapisan sebenarnya sebesar 2.47%, spesimen 3 pelapisan tembaga dengan waktu penahanan celup 14 detik diperoleh perbandingan ketebalan lapisan secara teoritis dengan ketebalan lapisan sebenarnya sebesar 2.72%. Sedangkan untuk hasil uji kekasaran diperoleh tingkat kekasaran rata-rata yaitu pencelupan dengan waktu 10 detik tingkat kekasaran 0,21908 µm, Pencelupan 12 detik tingkat kekasaran 0,20564 µm, dan Pencelupan 14 detik diperoleh tingkat kekasaran 0,17853 µm. Kata kunci : waktu, ketebalan, kekasaran, baja karbon tinggi, dan electroplating. 3
PENDAHULUAN Latar Belakang Dalam teknologi pengerjaan logam, proses electroplating dikategorikan sebagai proses pengerjaan akhir (metal finishing). Secara sederhana, electroplating dapat diartikan sebagai proses pelapisan logam dengan menggunakan bantuan arus listrik dan senyawa kimia tertentu guna memindahkan partikel logam pelapis ke material yang hendak dilapisi. Pelapisan logam dapat berupa lapisan seng (zink), galvanis, perak, emas, brass, tembaga, nikel dan krom. Penggunaan lapisan tersebut disesuaikan dengan kebutuhan dan kegunaan masing-masing material. Perbedaan utama dari pelapisan tersebut yaitu anoda yang digunakan, selain itu juga ada larutan elektrolisisnya. Proses electroplating mengubah sifat fisik dan sifat mekanik suatu material. Salah satu contoh perubahan fisik ketika material dilapisi adalah bertambahnya daya tahan material tersebut terhadap korosi, serta bertambahnya kapasitas konduktifitasnya. Adapun dalam sifat mekanik, terjadi perubahan kekuatan tarik maupun tekan dari suatu material sesudah mengalami pelapisan dibandingkan sebelumnya. Melihat kerugian yang sering terjadi yang ditimbulkan oleh korosi maka finishing dilakukan oleh manusia untuk dapat mencegah korosi tersebut. Salah satu cara finishing untuk mencegah korosi adalah dengan melakukan proses electroplating. Karena itu, tujuan pelapisan logam tidak luput dari tiga hal, yaitu untuk meningkatkan sifat teknis/mekanis dari suatu logam, yang kedua melindungi logam dari korosi, dan ketiga memperindah tampilan (B.H. Amstead, 1991). Tujuan Penelitian Penelitian dan pengujian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh waktu tahan celup proses elektroplating terhadap ketebalan pelapisan dan kekasaran permukaan pada baja karbon tinggi dengan lapisan tembaga. LANDASAN TEORI Tinjauan Pustaka Sembada, HR, 2008, dalam penelitian tentang pembuatan dies dengan metode electroplating tembaga, nikel, dan khrom dengan variasi waktu celup 2400 s, 3000 s, 3600 s dan rapat arus 7 ampere pada polimer yang menggunakan metode penggrafitan. Grafit dioleskan secara tipis membentuk lapisn film pada permukaan polimer, sebelum dilakukan electroplating. Dari percobaan variasi waktu pencelupan tersebut diketahui semakin lama waktu pencelupan maka berat, tebal, dan kekasaran lapisan yang dihasilkan semakin besar. Pada waktu pencelupan 2400 s dengan rapat arus 7 ampere memiliki berat, tebal, kekerasan lapisan tembaga : 9,99 gram, 83,23 µm, 82,5 kgf/mm². Untuk nikel : 2,19 gram, 15,39 µm dan untuk khrom : 1,5 gram, 15,39 µm, 212,67 kgf/mm². Waktu pencelupan 3000s dengan rapat arus 7 ampere dengan berat, tebal, kekerasan lapisan tembaga : 18,29 gram, 85,83 µm, 96,7667 kgf/mm². Untuk nikel : 3,42 gram, 24,1 µm, dan untuk khrom : 2,59 gram, 24,1 µm, 270,33 kgf/mm². Pada waktu pencelupan 3600s dengan rapat arus 7 ampere memiliki berat,tebal, kekasaran lapisan tembaga : 32,94 gram, 274,5 µm, 163,0667 kgf/mm². Untuk nikel : 42,39 gram, 276,5 µm, untuk khrom : 15,37 gram, 145 µm, 361,54 kgf/mm². 4
Pengaruh densitas arus dan temperatur plating nikel terhadap adhesivitas dan kehalusan permukaan pada proses electroplating tembaga - nikel. Kurangnya kerataan coating pada substrat diakibatkan kurang tepatnya pengaturan arus dan temperatur bak, sehingga perlu diteliti batasan arus dan temperatur agar mempunyai kerekatan dan kehalusan permukaan yang tinggi. Pada proses electroplating hasil kerataan permukaan sangat dipengaruhi oleh temperatur, waktu pencelupan, densitas arus komposisi kimia dan jarak antar anoda katoda. Sedangkan kerekatannya dipengaruhi oleh densitas arus dan temperatur. Metode yang digunakan meliputi beberapa prosedur percobaan yaitu persiapan spesimen uji, proses elektroplating tembaga konstan, proses elektroplating nikel dengan pengaturan densitas arus dann temperatur, proses pencucian setelah elektroplanting, pengujian kehalusan permukaan, dan pengujian banding. Hasil penelitian didapat bahwa adhesivitas dan kehalusan permukaan coating dipengaruhi oleh densitas arus dan tempuratur serta kebersihan permukaan coating (Tri Priyo Ambudi, 2005). Pengaruh pelapisan nikel proses elektroplating terhadap harga fatigue, tarik dan struktur mikro. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui pengaruh pelapisan nikel proses elektroplating terhadap perubahan sifat fisis dan mekanis pada baja karbon sedang HQ 705 untuk poros yang akan dibuktikan dengan pengujian fatigue untuk mengetahui pengaruh pelapisan nikel proses elektropating, dengan pengujian tarik untuk mengetahui pengaruh pelapisan nikel, dan dengan pengujian struktur mikro untuk mengetahui pengaruh perubahan pelapisan nikel proses elektroplating. Metode yang digunakan adalah penelitian baja karbon sedang pada poros, dengan dimensi panjang 9 cm, diameter 11 mm. Besarnya arus yang digunakan untuk pelapisan baja karbon sedang pada poros sebesar 3 Ampere dengan tegangan 15 Volt. Waktu penahanan celup baja karbon sedang pada poros specimen benda kerja adalah 10 menit. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian fatigue, pengujian tarik dan pengujian struktur mikro. Pada pengujian fatigue mempunyai data hasil batas lelah yang menurun yaitu sebelum dielektroplating patah pada putaran ke 116069 dan sesudah di elektroplating patah pada putaran 77633. Perbedaan patah rata-rata pada putaran ke 38436 karena variable perbedaan yang berbeda yaitu 15 kg, 20 kg, 30 kg, dan 35 kg. Pada pengujian tarik pada penabahan 10 ton mempunyai batas patah (P. Max) yang menurun yaitu sebelum di elektroplating sebesar 66.64% yang sesudah di elektroplating sebesar 63.64% yang menyebabkan penurunan sifat mekanisnya sebesar 3%. Sedangkan hasil dari pengambilan struktur mikro adalah yang terlihat adalah ferrit pearlit (Candra, W, 2009). Kekasaran permukaan adalah salah satu persyaratan yang penting dalam proses permesinan. Nilai pada kekasaran permukaan adalah hasil dari pengukuran. Ketika saat proses pemotongan meningkat, kekasaran permukaan juga akan meningkat (Babur Ozcelik, 2005). 5
METODOLOGI PENELITIAN Start Studi Pustaka Persiapan Penelitian Pemotongan spesimen dan pembersihan permukaan Penimbangan Proses elektroplating Proses plating tembaga waktu tahan 10 detik Proses plating tembaga waktu tahan 12 detik Proses plating tembaga waktu tahan 14 detik Penimbangan Pengujian ketebalan foto mikro (ASTM B 487), coating gauge (ASTM B 499), pengujian kekasaran, pengujian foto makro. Data hasil dan analisa Kesimpulan Selesai Gambar 1. Skema Diagram Alir Penelitian 6
ANALISA DAN PEMBAHASAN 1. Data Hasil Penambahan Berat Tembaga Berat Spesimen Kode Spesimen Rapat Arus (ampere) Waktu (detik) Tegangan (volt) Sebelum Dilapisi (gram) Sesudah Dilapisi (gram) Selisih Berat Spesimen (gram) A 15 10 8 565 565.67 0.67 B 15 12 8 575 575.79 0.79 C 15 14 8 580 580.85 0.85 Tabel 1. Hasil Penambahan Berat Tembaga Gambar 1. Grafik hubungan waktu penahanan celup dengan berat total setelah dilapisi tembaga Gambar 2. Grafik hubungan waktu penahanan celup dengan selisih berat specimen sebelum dan setelah pelapisan. 7
2. Data Hasil Pengujian Ketebalan 2.1 Pengujian Ketebalan Dengan Coating Gauge Kode Spesimen Waktu (detik) Tegangan (volt) Hasil Uji Ketebalan Spesimen (mm) 1 2 3 4 5 6 Ratarata (mm) A 10 8 0.58 0.68 0.56 0.49 0.41 0.46 0.530 B 12 8 1.10 0.87 1.00 0.90 1.10 1.00 0.995 C 14 8 1.10 1.30 1.50 1.00 1.40 1.10 1.217 Tabel 2. Data hasil pengujian ketebalan dengan coating gauge. 2.2 Pengujian Ketebalan Dengan Foto Mikro Plat Baja Lapisan Tembaga Resin Gambar 3. Foto Stuktur Mikro Baja Karbon Tinggi dengan waktu tahan celup 10 detik dengan tegangan 8 volt perbesaran 200x skala 50 µm. Plat Baja Lapisan Tembaga Resin Gambar 4. Foto Stuktur Mikro Baja Karbon Tinggi dengan waktu tahan celup 12 detik dengan tegangan 8 volt perbesaran 200X skala 50 µm. 8
Plat Baja Lapisan Tembaga Resin Gambar 5. Foto Stuktur Mikro Baja Karbon Tinggi dengan waktu tahan celup 14 detik dengan tegangan 8 volt perbesaran 200X skala 50µm. 3. Data Hasil Pengujian Kekasaran Kode Spesimen waktu Tingkat Kekasaran Rata-rata Permukaan Ra 1 Ra 2 Ra 3 Ra 4 Ra 5 Rata-rata A 10 0.1831 0.2336 0.2402 0.1902 0.2483 0.21908 B 12 0.2072 0.2083 0.1324 0.2002 0.2801 0.20564 C 14 0.2383 0.2006 0.193 0.1227 0.138 0.17852 Tabel 3. Data hasil Pengujian kekasaran permukaan. Pada gambar 6. Grafik perbandingan waktu penahan celup terhadap tingkat kekasaran rata-rata permukaan. 9
4. Data Hasil Pengamatan Foto Makro Gambar 7. Spesimen 1 baja karbon tinggi dengan pelapisan tembaga waktu tahan celup 10 detik tegangan 8 volt, pembesaran 9x. Gambar 8. spesimen 2 baja karbon tinggi dengan pelapisan tembaga waktu tahan celup 12 detik tegangan 8 volt, pembesaran 9x. Gambar 9. spesimen 3 baja karbon tinggi dengan pelapisan tembaga waktu tahan celup 14 detik tegangan 8 volt, pembesaran 9x. 10
Pembahasan Dari hasil penelitian dari material baja karbon tinggi yang telah mengalami proses electroplating tembaga menunjukkan bahwa dari ketiga material terjadi penambahan berat dan penambahan ketebalan lapisan. Ketebalan plat yang dilapisi tembaga dengan waktu tahan celup 10 detik mempunyai ketebalan rata-rata 0.530 µm, untuk waktu tahan celup 12 detik mempunyai ketebalan rata-rata 0.995 µm dan untuk waktu tahan celup 14 detik mempunyai ketebalan rata-rata 1.217 µm. Berat tembaga yang menempel pada benda kerja dari hasil penimbangan dengan waktu tahan celup 10 detik diperoleh 0.67 gram, sedangkan berat tembaga yang menempel menurut hukum faraday sebesar 0.049 gram, waktu penahanan 12 detik berat tembaga dari hasil penimbangan didapat 0.79 gram sedangkan berat tembaga yang menempel menurut hukum faraday sebesar 0.059 gram dan untuk waktu penahanan 14 detik diperoleh berat tembaga dari hasil penimbangan adalah 0.85 gram sedangkan berat tembaga yang menempel menurut hukum faraday sebesar 0.069 gram Dari hasil pengujian kekasaran permukaan tembaga pada baja karbon tinggi dengan waktu penahanan celup 10 detik diperoleh tingkat kekasaran rata-rata permukaan 0.21908 µm, waktu penahanan celup 12 detik diperoleh tingkat kekasaran rata-rata permukaan 0.20564 µm dan untuk waktu penahanan celup 14 detik diperoleh tingkat kekasaran rata-rata permukaan 0.17582 µm. Dari hasil pengamatan foto makro menunjukkan bahwa plat baja karbon tinggi dengan waktu penahanan 14 detik menghasilkan pelapisan yang merata dibandingkan dengan plat baja karbon tinggi yang lain. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari pengamatan yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Proses electroplating tembaga dapat diterapkan pada plat baja karbon tinggi dengan menggunakan sumber arus listrik DC tegangan 8 Volt. 2. Peningkatan waktu penahanan celup mempunyai pengaruh terhadap ketebalan pelapisan, dimana semakin lama waktu penahanan celup semakin tebal pelapisan yang terjadi. 3. Waktu penahanan celup mempunyai pengaruh terhadap kekasaran permukaan pada proses electroplating dimana semakin lama waktu pencelupan maka semakin kecil tingkat kekasarannya hal ini dikarenakan tembaga yang menempel lebih merata. 11
Saran Dari penelitian yang telah dilakukan adapun saran yang perlu diperhatikan sebagai berikut : 1. Untuk mendapatkan hasil pelapisan yang baik perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut : Proses polishing dan buffing. Komposisi dan kemurnian larutan elektrolit Temperatur dan rapat arus yang digunakan. 2. Sebaiknya materi electroplating dimasukkan kedalam materi perkuliahan dengan porsi yang memadai. 3. Perlu dikembangkan penelitian tentang electroplating 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. Amstead, B.H, Djaprie, s. (Alih Bahasa), 1991, Teknologi mekanik, Edisi ke-7 PT. Erlangga, Jakarta. Annual Book of Standards ASTM, B 4787-96, Standart Test Method for Measurement of Coating Thicknesses by the Magnetic Method : Nonmagnetic Coatings on Magnetic Basis Metals, West Conshocken, PA : United States Babur Ozcelik. Mahmut Bayramoglu, The Statistical Modelling Of Surface Roughness In High-Speed Flat End Milling, 2005. Elsevier Ltd. Candra, W., 2009, Pengaruh Pelapisan Nikel Proses Elektroplating terhadapharga Fatiqu, Tarik dan Struktur Mikro P0ros Roda Depan Merk Tiger, Tugas Akhir, UMS, Surakarta. Hartomo, AJ., Kaneko T., 1992, Mengenal Pelapisan Logam (Elektroplating), Andi offset, Jogjakarta. Mallory, GO, Kajdu, JB, 1990, Electroless Plating : Fundamentals and Aplications, Noyes Publications, New York. 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, Yogyakarta. 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. 12