TELAAH Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Volume 29 (2) 2011: 39-46 ISSN : 0125-9121 Ketahanan Korosi Paduan Amorf Berbasis Zirkonium Zr 69.5 Cu 12 Ni 11 Al 7.5 dalam Lingkungan Nacl FREDINA DESTYORINI Pusat Penelitian Fisika-LIPI Komplek PUSPIPTEK Serpong, Tangerang 15314 fredina_destyorini@yahoo.com DJONY IZAK RUDYARDJO Departemen Fisika FSAINTEK Universitas Airlangga Kampus C Jl. Mulyorejo, Surabaya TRIWIKANTORO Jurusan Fisika FMIPA Institut Teknologi Sepuluh November Jl. Kampus ITS Sukolilo, Surabaya Diterima : 22 Juli 2011 Revisi : 24 Agustus 2011 Disetujui : 3 Oktober 2011 ABSTRAK : Korosi merupakan permasalahan yang selalu dihadapi pada penggunaan material logam. Penelitian tentang material baru dengan kinerja lebih baik telah banyak dilakukan salah satunya yaitu tentang material paduan logam berstruktur amorf berbasis zirkonium. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi NaCl sebagai lingkungan pengkorosi terhadap ketahanan korosi paduan amorf berbasis zirkonium Zr 69,5 Cu 12 Ni 11 Al 7,5. Pengujian ketahanan korosi dilakukan menggunakan metode polarisasi potensiostatik PGS 201-T. Hasil uji korosi pada material Zr 69.5 Cu 12 Ni 11 Al 7.5 dengan variasi konsentrasi larutan NaCl yaitu 355 mg/100ml; 362 mg/100ml; 369 mg/ml dan 376 mg/100ml secara berurutan memberikan nilai arus korosi masing-masing sebesar 44,04 µa/cm 2 ; 49,59 µa/cm 2 ; 75,08 µa/cm 2 dan 97,06 µa/cm 2. Hal ini menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi larutan NaCl maka semakin banyak ion klorida yang bereaksi dengan logam dan mengkorosi logam, hal ini ditunjukkan dengan semakin meningkatnya nilai arus korosi. KATA KUNCI : paduan logam amorf, zirkonium, ion klorida, ketahanan korosi ABSTRACT : Corrosion is a problem that always faced on the use of metal materials. Researches on new materials with better performance have been carried out, one of them is about zirconium-based alloy with amorphous structure. The aims of this research was to determine the effect of NaCl concentration as corrosion environment against the corrosion resistance of zirconium-based amorphous alloy Zr 69,5 Cu 12 Ni 11 Al 7,5. Corrosion test were performed using the polarization method potensiostatic PGS 201-T. Corrosion test results on Zr 69,5 Cu 12 Ni 11 Al 7.5 alloy by varying the concentration of NaCl solution 355 mg/100ml; 362 mg/100ml; 369 mg / ml and 376 mg/100ml respectively were 44.04 μa / cm2; 49.59 μa/cm2; 75.08 and 97.06 μa/cm2 μa/cm2. This suggests that the higher concentration of NaCl solution, the more chloride ions that react with metals and corrode it, this is indicated by the increasing value of the corrosion current. KEYWORDS : Amorphous alloy, zirconium, chloride ion, corrosion resistance. 1. PENDAHULUAN Logam merupakan salah satu jenis material yang banyak diaplikasikan dalam berbagai bidang. Namun jenis material ini memiliki kemampuan yang terbatas jika berada pada lingkungan tertentu. Salah satu keterbatasan logam yaitu material ini dapat bereaksi dengan lingkungan sekelilingnya dan mengakibatkan kerusakan. Reaksi logam dengan lingkungan ini biasa disebut dengan proses korosi. Korosi mampu menurunkan kualitas dan kinerja logam karena reaksi ini dapat melarutkan sebagian logam membentuk senyawa baru dengan lingkungan. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, menuntut tersedianya material baru yang memiliki sifat lebih baik. Rekayasa material merupakan salah satu cara yang banyak dilakukan saat ini untuk mendapatkan material baru yang mempunyai sifat sesuai dengan yang dikehendaki. Salah satu penelitian mengenai rekayasa material yang saat ini banyak dilakukan adalah mengenai bahan-bahan baru dari logam yang berstruktur amorf yang sering disebut gelas metalik. Struktur amorf mempunyai sifat keuletan yang tinggi dan lebih tahan terhadap korosi karena tidak adanya batas butir [1]. Secara termodinamik bahan gelas metalik berada pada keadaan metastabil, artinya struktur ini akan mudah bertransformasi menuju ke keadaan yang lebih stabil melalui krista1isasi baik penuh (kristalisasi sempurna) maupun sebagian (kristalisasi sebagian). Pada struktur gelas atom tersusun secara periodik, tetapi tidak berjangkauan panjang. Struktur gelas metalik pertama kali ditemukan oleh 39
Ketahanan Korosi Paduan Amorf Fredina Destyorini P. Duwez untuk paduan Au-Si pada tahun 1960 [2]. Banyak cara yang dapat dilakukan untuk mendapatkan bahan gelas metalik, salah satunya yang sering digunakan adalah metode pendinginan cepat dari keadaan leleh. Zirkonium (Zr ) dengan nomor atom 40 dan nomor massa 91,22 merupakan unsur yang mempunyai sifat kegetasan (brittle) yang tinggi. Pemakain zirkonium saat ini masih relatif sedikit, salah satu yang sudah dikenal adalah ZrO 2. Melalui rekayasa material diharapkan paduan zirkonium akan mempunyai sifat keuletan (ductility) yang tinggi dan ketahanan terhadap korosi yang lebih tinggi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi NaCl sebagai lingkungan pengkorosi terhadap ketahanan korosi paduan amorf Zr 69,5,Cu 12 Ni 11 Al 7,5. 2. METODOLOGI PENELITIAN 2.1. Preparasi sampel Sampel paduan amorf berbasis Zr terdiri dari Zr 69,5,Cu 12 Ni 11 Al 7,5 at.% dipersiapkan. Pengujian nilai intensitas arus korosi sampel dilakukan menggunakan metode polarisasi potensiostatik PGS 201-T. Material berstruktur amorf dibentuk sebagai elektroda; berupa silinder pipih dengan diameter 13 mm. Sampel berupa pita (ribbon) tipis diletakkan di atas permukaan aluminium foil yang telah dibentuk sebagai wadah sampel dengan diameter 15 mm. Masing-masing sampel permukaannya dibuat halus dan rata. 2.2. Pembuatan larutan korosif Larutan pengkorosi menggunakan larutan NaCl dengan variasi konsentrasi. Pembuatan media larutan NaCl dengan komposisi 355 mg NaCl per 100 ml aquades, 362 mg NaCl per 100 ml aquades, 369 mg NaCl per 100 ml aquades, 376 mg NaCl per 100 ml aquades. 2.3. Uji korosi Pengujian laju korosi dilakukan dengan polarisasi potensiostatik PGS 201-T. Seluruh sampel diuji nilai intensitas arus korosinya dengan cara menentukan intensitas arus korosinya menggunakan Potensiostat PGS 210T dalam media korosi larutan NaCl dengan variasi konsentrasi 355 mg/100 ml, 362 mg/100 ml, 369 mg/100 ml, dan 376 mg/100 ml. Pengukuran dilakukan dengan memberikan potensial pada elektrode kerja dari -2500 mv sampai +1000 mv dengan laju scan 20 mv per sekon. Setelah dilakukan starting program pada potensiostat PGS 201-T terhadap bahan uji, diperoleh kurva potensial lawan log intensitas arus. Dari kurva tersebut dapat dihitung arus korosi tiap-tiap sampel. log (arus) garis tafel garis tafel arus korosi cz cz Potensial Gambar 1. Kurva potensial lawan log intensitas arus korosi. Nilai arus korosi dapat ditentukan menggunakan persamaan Stern-Geary [3]: 40
TELAAH Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Volume 29 (2) 2011: 39-46 ISSN : 0125-9121 I kor A cm 2 2,3 kat an kat an A. R p (1) Dimana : kat = slope kurva katoda (mv) an = slope kurva anoda (mv) 2,3 = faktor konversi A = luas sampel (cm 2 ) R p = hambatan polarisasi (k/cm 2 ) 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Dari proses pengujian korosi menggunakan polarisasi potensiostatik PGS 201-T maka diperoleh data berupa kurva tafel yaitu kurva berupa potensial lawan log intensitas arus. Kurva tafel untuk sampel Zr 69.5 Cu 12 Ni 11 Al 7.5 dengan variasi konsentrasi NaCl yaitu 355 mg/100 ml, 362 mg/100 ml, 369 mg/100 ml, dan 376 mg/100 ml disajikan pada Gambar 2 sampai dengan Gambar 5. Dan selanjutnya dengan melakukan analisi tafel secara semi manual diperoleh nilai arus korosi I kor. Gambar 2. Kurva tafel Zr 69.5 Cu 12 Ni 11 Al 7.5 pada larutan NaCl 0,355 mg/100 ml. 41
Ketahanan Korosi Paduan Amorf Fredina Destyorini Gambar 3. Kurva tafel Zr 69.5 Cu 12 Ni 11 Al 7.5 pada larutan NaCl 0,362 mg/100ml. Gambar 4. Kurva tafel Zr 69.5 Cu 12 Ni 11 Al 7.5 pada larutan NaCl 0,369 mg/100ml. 42
TELAAH Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Volume 29 (2) 2011: 39-46 ISSN : 0125-9121 Gambar 5. Kurva tafel Zr 69.5 Cu 12 Ni 11 Al 7.5 pada larutan NaCl 0,376 mg/100ml. Dari berbagai kurva tafel di atas untuk bahan Zr 69,5 Cu 12 Ni 11 Al 7.5 dengan variasi konsentrasi 355 mg/100 ml, 362 mg/100 ml, 369 mg/100 ml, dan 376 mg/100 ml (Gambar 2 s.d Gambar 5) juga diperoleh nilai-nilai kat, an, tahanan polarisasi (Rp ) yang selanjutnya dengan menggunakan persamaan 1 akan diperoleh nilai arus korosi (I kor ). Hasil perhitungan nilai arus korosi sampel Zr 69.5 Cu 12 Ni 11 Al 7.5 untuk masing-masing konsentrasi larutan uji NaCl disajikan pada Tabel 1. Tabel 1. Nilai arus korosi paduan Zr 69.5 Cu 12 Ni 11 Al 7.5 pada variasi konsentrasi larutan NaCl No Sampel Konsentrasi NaCl (mg/100ml) I kor (µa/ ) 1 Zr 69.5 Cu 12 Ni 11 Al 7.5 0,355 44,05 2 Zr 69.5 Cu 12 Ni 11 Al 7.5 0,362 49,59 3 Zr 69.5 Cu 12 Ni 11 Al 7.5 0,369 75,08 4 Zr 69.5 Cu 12 Ni 11 Al 7.5 0,376 97,06 Dari data pada Tabel 1 nampak bahwa semakin tinggi konsentrasi larutan NaCl maka arus korosi sampel Zr 69.5 Cu 12 Ni 11 Al 7.5 menjadi semakin meningkat. Hal ini berarti laju korosi yang terjadi semakin tinggi. Konsentrasi NaCl yang semakin tinggi secara otomatis akan semakin banyak kandungan ion Cl - bebas dalam larutan uji. Ion Cl - merupakan salah satu faktor lingkungan yang dapat mempengaruhi laju korosi suatu material. Pada proses korosi atom-atom logam akan diubah menjadi ion bermuatan positif dengan melepaskan beberapa elektron. Sedangkan ion Cl merupakan ion bermuatan negatif yang dengan mudah bereaksi dengan ion positif dari logam menbentuk suatu senyawa baru secara ionik. Dengan demikian semakin banyak ion Cl - dalam larutan maka semakin banyak logam (dalam hal ini Zr, Cu, Ni, Al) yang larut membentuk ion positif yang akan berikatan dengan ion Cl -. Proses penguraian logam menjadi ion positif dan bereaksi dengan ion Cl - merupakan serangkaian proses korosi yang melarutkan sebagian logam dan merusak kualitas logam. 43
Ketahanan Korosi Paduan Amorf Fredina Destyorini Gambar 6. Grafik pengaruh konsentrasi NaCl terhadap arus korosi. Dari data pada Tabel 1 jika diintepretasikan dalam grafik (Gambar 6) maka terlihat bentuk tren dari kenaikan arus korosi yang terjadi akibat bertambahnya konsentrasi NaCl. Arus korosi pada konsentrasi NaCl 355 mg/100ml aquades ke konsentrasi 362 mg/100ml terlihat terjadinya peningkatan arus, tetapi peningkatan arus pada tahap ini tidaklah tajam, pada saat ini terjadi proses pasifasi atau pembentukan lapisan pasif. Peningkatan arus yang terjadi pada kondisi ini merupakan arus yang terjadi karena pembentukan lapisan pasif. Pada proses korosi material paduan berbasis zirconium Zr 69.5 Cu 12 Ni 11 Al 7.5 terbentuk oksida ZrO 2 dan Al 2 O 3 [4]. Oksida tersebut terbentuk di permukaan material dan bersifat pasif, oksida ini lah yang berfungsi sebagai lapisan pasifasi dan sifatnya melindungi permukaan logam dari serangan korosi maupun oksidasi dari lingkungan. Peningkatan arus yang tajam terlihat pada konsentrasi NaCl 369 mg/100ml dan juga 376 mg/100ml. Dengan bertambahnya konsentrasi NaCl maka semakin banyak ion Cl - teradsorpsi pada permukaan logam, pada kondisi ini proses korosi mulai terjadi dan serangan ion Cl - makin agresif sehingga mulai merusak lapisan pasifasi. Rusaknya lapisan pasifasi mengakibatkan permukaan logam langsung berinteraksi dengan lingkungan dan bereaksi dengan ion Cl -, hal ini ditandai dengan terjadinya peningkatan arus korosi yang tajam. Berdasarkan hasil uji korosi material paduan berbasis zirkonium Zr 69.5 Cu 12 Ni 11 Al 7.5 dalam lingkungan NaCl yang memberikan nilai arus korosi sebesar (44,05-97,06) µa/, material ini masih termasuk ke dalam golongan material yang memiliki ketahanan korosi yang tinggi. Jika dilakukan komparasi nilai arus korosi dengan material lain, nilai arus korosi material Zr 69.5 Cu 12 Ni 11 Al 7.5 mendekati dengan nilai arus korosi yang dimiliki oleh salah satu material implan tulang yang digunakan paramedis saat ini yaitu material Ti-6Al-4V sebesar 0,16 µa/ [5]. 4. KESIMPULAN Dari hasil pengujian, pengamatan, serta hasil dan pembahasan yang telah dilakukan dalam penelitian ini, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Nilai ketahanan korosi pada suatu material dapat ditentukan dari nilai arus korosi yang diperoleh dari kurva potensial terhadap log arus. 2. Besarnya konsentrasi larutan NaCl berpengaruh terhadap nilai laju korosi. Semakin tinggi larutan NaCl maka nilai laju korosi material gelas metalik berbasis zirkonium Zr 69.5 Cu 12 Ni 11 Al 7.5 menjadi semakin meningkat. Hal ini disebabkan karena konsentrasi ion Cl - meningkat, sehingga serangan ion agresif Cl - terhadap sampel semakin meningkat. 44
TELAAH Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Volume 29 (2) 2011: 39-46 ISSN : 0125-9121 DAFTAR PUSTAKA [1]. Schroeder, V., C.J. Gilbert and R.O. Ritchie, Comparison of the Corrosion Behaviour of Bulk Amorphous Metal ZrTiCuNiBe with Its Crystallized Form, Scripta Materialia, Vol. 38, No. 10, pp. 1481 1485, 1998. [2]. Klement, W., Willens RH., Duwez P, Nature 187, 869, 1960. [3]. Perez, N., Electrochemistry and Corrosion Science, Page: 83-96, United States of America, Kluwer Academic Publishers, 2004. [4]. Triwikantoro, Rozaqi Y.N., Wijayanto S., Pengaruh Struktur Materi Paduan Berbasis Zirkonium terhadap Ketahanan Korosi dalam Larutan HNO 3, Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Volume 3, Nomor 2, 2007. [5]. Choubey Animesh, Basu R, Balasubramaniam R, Electrochemical Behavior of Intermetallic Ti 3 Al-based Alloys in Simulted Human Body Fluid Environment, Intermetallics 679-682, India, 2004 45
Ketahanan Korosi Paduan Amorf Fredina Destyorini 46