PENGARUH TEMPERATUR LARUTAN DAN WAKTU PELAPISAN ELEKTROLES TERHADAP KETEBALAN LAPISAN METAL DI PERMUKAAN PLASTIK ABS Nitya Santhiarsa Jurusan Teknik Mesin Universitas Udayana, Kampus Bukit Jimbaran Email : santhiarsa@yahoo.com ABSTRACT Bahan plastik mempunyai beberapa keunggulan seperti ringan, kuat, mudah dibentuk, anti karat dan tahan terhadap bahan kimia. Namun dibalik kelebihannya, plastik juga memiliki kelemahan yaitu kemampuannya untuk tahan gores dan kekerasan yang rendah. Seiring dengan perkembangan teknologi di bidang teknik pelapisan non logam, proses peningkatan sifat kekerasan bahan plastik dapat dilakukan dengan proses metalisasi plastik melalui proses elektroles Penelitian menggunakan plastik ABS sebagai bahan yang dilapisi, dengan variasi temperatur, 30 0 C, 40 0 C dan 50 0 C, serta variasi waktu elektroles 5 menit, 10 menit, dan 15 menit. Pengujian yang dilakukan adalah pengukuran ketebalan hasil lapisan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa temperatur dan waktu pada proses electroless plating berpengaruh terhadap ketebalan lapisan, dimana pada temperatur 50 0 C dan waktu elektroles 15 menit didapat hasil ketebalan paling tinggi sebesar 3,83 µm Kata Kunci : Pelapisan Elektroles, Temperatur, Waktu, Ketebalan lapisan. ABSTRACT Plastic materials have several advantages such as light weight, strong, malleable, corrosion resistant and resistant to chemicals. But behind its advantages, plastic also has the disadvantage of its ability to scratch resistance and low hardness. Along with technological developments in the field of coating techniques non-metallic, the process of increasing violent nature of plastic materials can be done with the metallization process of plastic through an electroless process. The study uses ABS plastic as the material is coated, with variations in temperature, 30 ᵒC, 40ᵒC and 50 ᵒC, and the time variation of Electroless 5 minutes, 10 minutes and 15 minutes. This experiment is the result of coating thickness measurement. The results showed that the temperature and time on the process of electroless plating affect the thickness of the layer, wherein the temperature of 50ᵒC and a time of 15 minutes the result electroless highest thickness of 3.83 μm Keywords : electroless plating, temperature, time, layer thickness 1. Pendahuluan Seiring dengan perkembangan teknologi di bidang teknik pelapisan plastik, proses peningkatan sifat tahan aus bahan plastik dapat dilakukan dengan proses metalisasi plastik yaitu melalui proses elektroles, suatu proses pelapisan yang tidak menggunakan sumber arus listrik atau proses otokatalitik dimana terjadinya endapan yang kontinu karena reduksi kimia dari ion logam yang berasal dari dalam larutan dengan bantuan zat reduktor yang juga terkandung di dalam larutan.[1] Selain dapat menambah kemampuan plastik dalam menghantar listrik proses ini juga dapat menambah kekerasan permukaaan dan dapat menambah nilai dekoratif dari bahan tersebut. Pada penelitian ini akan dibahas pemanfaatan proses elektroles pada bahan plastik khususnya pada bahan plastik Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS). Plastik Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) termasuk kelompok engineering thermoplastic yang berisi 3 monomer pembentuk[2]. Akrilonitril bersifat tahan terhadap bahan kimia dan stabil terhadap panas. Butadiene memberi perbaikan terhadap sifat ketahanan pukul dan sifat liat (toughness), sedangkan stirena menjamin kekakuan (rigidity) dan mudah diproses [3]. Pada penelitian sebelumnya yang pernah dilakukan oleh Mohamad Ibrahim[4], dimana pada penelitian ini proses elektroless dilakukan pada ph 7,5-8 dengan waktu pelapisan 10 menit, berhasil melapisi plastik dengan baik. Pengujian dilakukan dengan uji kekerasan Vickers (Vickers Hardness Test) dengan nilai kekerasan yaitu 11,8 HV/0.5.Angka 11.8 merupakan nilai kekerasan yang diperoleh sedangkan 0.5 merupakan beban spesimen yang digunakan yaitu 0.5 kgf. Kemudian Santhiarsa[5], telah melakukan penelitian pelapisan elektroless nikel pada proses metalisasi plastik ABS, tentang pengaruh temperatur larutan dan lama waktu pelapisan terhadap sifat kekerasan lapisan, ada peningkatan kekerasan dari lama waktu elektroles 5 menit, 10 menit, dan 15 menit, dan peningkatan temperatur dari 30 0 C, 40 0 C, dan 50 0 C, dimana.nilai kekerasan paling tinggi terdapat pada proses elektroles dengan temperatur 50 0 C, waktu elektroles 15 menit dengan VHN = 17,57. Penelitian ini mengembangkan penelitian sebelumnya dimana proses elektroles yang dilakukan adalah elektroles nikel dengan melihat pengaruh dari temperatur larutan dan waktu pelapisan terhadap ketebalan hasil lapisan pada proses metalisasi plastik ABS.
Electroless plating merupakan proses pelapisan yang tidak menggunakan listrik dalam proses pelapisannya, proses pelapisan yang terjadi karena adanya reaksi oksidasi dan reduksi pada permukaan bahan, sehingga terbentuk lapisan logam yang berasal dari garam logam tersebut.[6] Karena tidak menggunakan bantuan arus listrik dalam pertukaran elektron, proses pelapisan yang terjadi berjalan lebih lambat, sehingga untuk mempercepat pelapisan, temperature proses harus dinaikkan sesuai batas yang dianjurkan dengan bantuan alat pemanas. Peralatan utama pada proses pelapisan elektroles berbeda dengan pelapisan secara elektropating dimana pada proses elektroles ini tidak menggunakan arus listrik dalam prosesnya. Seperti terlihat pada gambar 1 di bawah. 5 3 2 1 Gambar 1 Skema Proses Pelapisan Plastik[7] 4 Keterangan : 1. Bak Plating 2. Larutan Elektroles Nikel 3. Bahan yang dilapis (Plastik ABS) 4. Pemanas (Heater) 5. Termometer Pengembangan pelapisan plastik melalui proses etsa (etching) pada proses elektroles memberikan kekuatan daya lekat lapisan yang cukup baik, karena dapat membersihkan lapisan tipis dan membuat pori-pori halus sebagai tumpuhan lapisan berikutnya. Dalam pelaksanaan pelapisan plastik, pada pengerjaan pendahuluan atau persiapannya, satu sama lain prosesnya juga berbeda, karena sangat dipengaruhi oleh jenis plastik yang akan dilapisi, sehingga permukaan bahan kimia untuk larutan pencuci dan etsa juga berbeda. 2. Metodologi Penelitian Metode penelitian yang digunakan pada pengaruh temperatur larutan dan waktu pelapisan elektroles pada proses metalisasi plastik ABS terhadap ketebalan lapisan adalah metode eksperimen dimana pada metode eksperimen ini dilakukan pengujian ketebalan lapisan melalui fotomikro. Hasil dari penelitian ini akan ditampilkan berupa analisa grafik. Alat Bahan 1. Peralatan Plating terdiri dari Bak plating, Bak pembersih, Agitator dan Alat Pemanas [8] 2. Peralatan pengukuran yaitu Termometer, ph meter, Neraca digital dan Stopwatch. 3. Gelas Ukur kimia, digunakan untuk mengukur volume larutan. 4. Mikroskop Metalurgi, untuk foto mikro Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitin ini adalah sebagai berikut spesimen uji berupa plastik ABS dengan ukuran 50cm x 40cm dipotong sebanyak 27 buah dengan ukuran masing-masing spesimen adalah 60 mm, lebar 20 mm dan tebal 2 mm, seperti terlihat pada gambar di bawah:
20 mm 60 mm 2 mm Gambar 2. Bentuk dan Ukuran Spesimen Uji Prosedur pengujian Adapun langkah-langkah dalam melakukan penelitian adalah sebagai berikut:[5] a. Soak Cleaning Fungsi tahap ini adalah membersihkan permukaan plastik ABS dari berbagai pengotor seperti gram bekas bor, debu, oli, lemak maupun tapak tangan. Permukaan plastik ABS harus bersih agar efektifitas reaksi kimia pada tahap berikutnya dapat lebih besar sehingga peluang keberhasilan proses plating logamnya pun akan menjadi lebih besar pula. Adapun bahan dan kondisi larutan pada tahap ini adalah PS Clean 1 50 gr, aqua DM 1 liter, dan kondisi suku 60ᵒ C dan waktu 10 menit.. b. Chemical etching Fungsi tahap chemical etching adalah mengikis permukaan plastik ABS agar terbentuk pori-pori. Fungsi dari pori-pori tersebut adalah untuk meningkatkan daya lekat lapisan dan lebih memudahkan terbentuknya lapisan. Bahan dan kondisi larutan pada proses ini adalah chromic acid 400 gram, asam sulfat 380 ml, aqua DM 1 liter, dengan suku 60ᵒ-70ᵒ C selama 5-15 menit c. Netralisasi / acid dip Fungi tahap netralisasi adalah untuk menghilangkan bekas larutan chemical etching yang masih ada di pori-pori permukaan plastik ABS. Bahan dan kondisi larutan adalah asam klorida 55 ml dan aqua DM 1 liter, dalam suhu ruangan dan waktu proses 0,5-1 menit d. Pre dip Fungsi tahap pre dip adalah untuk benar-benar menghilangkan bekas larutan etsa yang masih ada di permukaan plastik ABS serta meningkatkan efisiensi reaksi kimia ditahap katalisasi palladium. Bahan dan kondisi larutan proses pre dip PS pre dip 235 gram, asam klorida 60 mldan aqua DM 1 liter, dalam suhu ruangan dan waktu proses 0,5-1 menit e. Katalisasi Palladium Fungsi tahap katalisasi adalah untuk menghasilkan permukaan plastik ABS yang bersifat katalis. Permukaan plastik dinyatakan telah bersifat katalis jika permukaan plastik tersebut terlapisi Palladium. Larutan yang digunakan dalam tahap katalisai palladium merupakan gabungan dari tahap sensitasi dan aktivasi yang mana dalam prosedur yang konvensional kedua tahap tersebut dilakukan terpisah. Reaksi kimia yang terjadi dalam tahap katalisasi palladium adalah : Sn 2+ + Pd 2+ Pd (koloid) + Sn 4+ Dari reaksi kimia tersebut diketahui bahwa dihasilkan partikel palladium dalam bentuk koloid yang menempel di permukaan plastik ABS. Partikel Pd tersebut dikelilingi oleh ion Sn (Sn 4+ ). Keberadaan ion Sn tersebut saat benda kerja selesai dari tahap katalisasi palladium masih akan ada menyelimuti Pd. Hal tersebut akan menghilangkan sifat katalis dari permukaan plastik ABS. oleh karenanya, ion Sn yang menyelimuti Pd harus dihilangkan. Proses menghilangkan ion Sn terjadi di tahap selanjutnya yaitu proses akselerasi. Bahan dan kondisi proses katalisasi palladium adalah PS katalis 2 140 ml, asam klorida 150 ml, dan aqua DM 1 liter dalam suhu ruangan dan lama waktu 2-10 menit. f. Akselerasi Fungsi tahap akselerasi adalah sebagai berikut: Melarutkan lapisan tipis Sn yang menutupi lapisan Pd. Lapisan tipis Sn terbentuk secara simultan pada proses katalisasi palladium berlangsung. Lapisan tipis Sn yang terbentuk dapat menjadi penghambat bagi terbentuknya lapisan logam saat proses elektroles plating berlangsung. Menghilangkan bahan pencemar logam yang masih berada di permukaan benda kerja. Keberadaan bahan pencemar logam tersebut dapat mengurangi efektivitas reaksi di tahap elektroles plating dan dapat mempercepat rusaknya larutan elektroles plating. Bahan dan kondisi larutan pada proses akselerasi ini yakni PS akseleratif 75 gram dan aqua DM 1 liter serta dalam suhu ruangan dan waktu proses 2-3 menit. g. Elektroles plating Fungsi tahap elektroless plating adalah untuk menghasilkan lapisan logam yang akan menjadi lapisan dasar yang konduktor agar benda kerja dapat terlapisi logam lain pada tahap elektroplating.jenis elektroles plating yang dapat diterapkan setelah tahap katalisasi palladium adalah Elektroles plating nikel produknya adalah lapisan logam nikel. Lapisan logam nikelnya berupa paduan Ni-P (nikel
phospor) yang mempunyai karakteristik lebih keras dan tahan korosi di bandingkan dengan lapisan logam tembaga produk elektroles plating tembaga. Larutan elektroles nikel membutuhkan bahan kimia yang berfungsi sebagai reduktor. Bahan kimia reduktor yang umum digunakan adalah sodium hypophosphite (NaH 2 PO 2 ). Reduktor tersebut berfungsi mereduksi ion nikel (Ni 2+ ) menjadi logam nikel (Ni 0 ).Reaksi reduksi terbentuknya lapisan logam dipermukaan benda kerja akibat adanya bahan reduktor dalam larutan elektroles nikel plating adalah : ( ) Dari reaksi kimia tersebut diketahui bahwa terbentuknya lapisan nikel dari proses elektroles nikel dapat terjadi jika permukaan plastik ABS bersifat katalis, reaksi lainnya adalah terbentuknya gas hydrogen dan lapisan elektroles nikel yang dihasilkan merupakan paduan dari Ni dan P. Bahan dan kondisi larutan pada proses elektroles yaitu PS elesni 1-A 30 ml, PS elesni 1-B 100 ml, ammonium hidroksida 5 ml, dan aqua DM 1 liter, serta dalam suhu 30ᵒ-60ᵒ C, ph larutan 8,8-9,2 dan waktu proses 5-20 menit. Pelapisan dilakukan dengan memvariasikan waktu pencelupan spesimen pada waktu 5 menit, 10 menit, dan 15 menit kedalam larutan dengan temperatur 30 0 C. Dilakukan masing-masing tiga kali pengulangan pada tiap waktu pencelupan. Pelapisan dilakukan dengan memvariasikan waktu pencelupan spesimen pada waktu 5 menit, 10 menit, dan 15 menit kedalam larutan dengan temperatur 40 0 C. Dilakukan masing-masing tiga kali pengulangan pada tiap waktu pencelupan. Pelapisan dilakukan dengan memvariasikan waktu pencelupan spesimen pada waktu 5 menit, 10 menit, dan 15 menit kedalam larutan dengan temperatur 50 0 C. Dilakukan masing-masing tiga kali pengulangan pada tiap waktu pencelupan. h. Rinse Rinse (pembilasan) adalah proses untuk menghilangkan sisa larutan tahap sebelumnya yang menempel di permukaan benda kerja dengan menggunakan air. 3. Hasil dan Pembahasan Lapisan elektroles nikel dapat dilihat dengan pengamatan visual, yaitu dengan dilakukannya foto mikro terhadap spesimen yang telah dilapis menggunakan alat Metallurgycal Miroscope, dimana skala 10 strip pada foto menunjukkan 50 µm. Pengukuran ketebalan lapisan dilakukan di Laboratorium Bahan, Program Diploma Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Pengukuran dilakukan dengan cara membandingkan ukuran di gambar dengan ukuran sebenarnya. Contoh pengukuran ketebalan lapisan dapat dilihat pada gambar di bawah. 1 strip = 5 µm Skala 10 strip = 50 µm 4 mm (mistar) = 5 µm 1 strip = 5 µm 1 mm (mistar) = 1,25 µm Gambar 3 Cara Pengukuran Ketebalan Lapisan
Gambar 4 Foto Lapisan Elektroles pada Temperatur 40 0 C waktu 5 menit Gambar 5 Foto Lapisan Elektroles pada Temperatur 40 0 C Waktu 10 menit Gambar 6 Foto Lapisan Elektroles pada Temperatur 40 0 C Waktu 15 menit Ketiga foto diatas merupakan hasil perlakuan, dimana terlihat bahwa dengan temperatur yang sama namun dengan waktu pencelupan yang berbeda yakni 5 menit, 10 menit, dan 15 menit. Maka ketebalan semakin meningkat sejalan dengan lamanya waktu proses elektroles. Dari gambar 4 diukur ketebalan lapisan pada permukaan plastik ABS dimana ketebalan lapisan pada gambar diukur menggunakan mistar dan dibandingkan dengan skala pada ketebalan sebenarnya seperti terlihat pada gambar 3. Jika diukur menggunakan mistar, 1 strip pada gambar adalah 4 mm sehingga ketebalan yang diperoleh untuk 1 mm di mistar = 1,25 µm. Dengan menggunakan cara yang sama maka didapatkan ketebalan dari semua lapisan. Analisa grafik dalam hal ini memperlihatkan hubungan antara ketebalan lapisan permukaan hasil pelapisan dengan temperatur dan waktu pencelupan.
Ketebalan Lapisan(µm) Prosiding Konferensi Nasional Engineering Perhotelan VII - 2016 6.00 Hubungan Pengaruh Temperatur dan Waktu Elektroles terhadap Ketebalan Lapisan 5.00 4.00 3.00 2.00 30 40 50 1.00 0.00 5 10 15 Gambar 7 Grafik hubungan pengaruh temperatur dan waktu proses elektroles plating terhadap ketebalan lapisan Dari gambar grafik 7 dapat dilihat peningkatan ketebalan lapisan dari lama waktu pelapisan (5 menit, 10 menit, dan 15 menit), dan peningkatan temperatur dari (30 0 C, 40 0 C, dan 50 0 C). Ketebalan terendah terdapat pada proses elektroles dengan temperatur 30 0 C, waktu elektroles 5 menit dengan ketebalan sebesar 2,29 µm dan lapisan paling tebal terdapat pada proses elektroles dengan temperatur 50 0 C, waktu elektroles 15 menit dengan ketebalan sebesar 4,79 µm. Dari gambar grafik 7 ketebalan lapisan elektroles pada plastik dengan pengamatan foto menunjukkan hal yang sama, bahwa semakin lama waktu pencelupan maka ketebalan lapisan juga meningkat. Lama waktu pencelupan akan mempengaruhi banyaknya logam nikel yang terikat pada permukaan plastik yang telah dilapisi paladium. Selain waktu elektroles, temperatur juga mempengaruhi ketebalan lapisan dimana dengan menggunakan temperatur yang lebih tinggi menghasilkan lapisan yang lebih tebal dibandingkan dengan menggunakan temperatur lebih rendah. Hal ini disebabkan oleh laju reaksi yang semakin cepat jika temperatur dinaikkan. Akan tetapi peningkatan temperatur ini sebaiknya dilakukan pada batas yang diijinkan. 4. Kesimpulan Dari hasil penelitian terlihat bahwa penggunaan temperatur mulai dari 30 0 C, 40 0 C sampai 50 0 C, menghasilkan ketebalan lapisan terendah sebesar 2,29 µm dan ketebalan tertinggi sebesar 4,79 µm. Penggunaan waktu elektroles mulai dari 5 menit, 10 menit, sampai 15 menit, menghasilkan ketebalan lapisan terendah sebesar 2,29 µm dan ketebalan tertinggi sebesar 4,79 µm Ucapan Terimakasih Pada kesempatan ini saya menghaturkan terimakasih kepada I Ketut Suarsana dan Andry Harris atas bantuan dan kerjasama yang baik selama penelitian ini berlangsung DAFTAR PUSTAKA [1]Hartono, J. Anton dan Tomijiro Kaneko. 1992. Mengenal Pelapisan Logam (Elektroplating). Andi Offset: Yogyakarta. [2]Harper, Charles A. Handbook of Plastic Materials and Processes. A Concise Encyclopedia [3] Mujiarto, Imam. 2005. Sifat dan Karakteristik Material Plastik dan Bahan Aditif. Traksi Vol.3 No 2.
[4] Ibrahim, M.N Mohamad. 2006. Penyaduran Nikel Tanpa Elektrik Keatas Plastik ABS Bergred Tidak Boleh Disadur. Jurnal Teknologi: University Teknologi Malaysia [5]Santhiarsa, N, I GN, 2010, Pengaruh Temperatur lapisan dan Waktu pelapisan Elektroles pada Proses Metalisasi Plastik ABS terhadap Kekerasan Lapisan, Digital Prosiding SNTTM IX, Oktober 2010, Palembang [6]BPPT. 1998. Teknologi Pelapisan Logam Secara Listrik. Program Penerapan IPTEK di Daerah: Jakarta. [7]Saleh, AA. Pelapisan Logam. Balai Besar Pengembangan Industri Logam dan Mesin: Jakarta. [8]Santosa, Bambang dan Martijanti Syamsa. 2007. Pengaruh Parameter Proses Pelapisan Nikel Terhadap ketebalan Lapisan. Jurnal Teknik Mesin Vol. 9, No. 1, April 2007: 25 30 Foto close-up Nitya Santhiarsa menyelesaikan studi S1 di Universitas Brawijaya Malang, pada tahun 1992, kemudian melanjutkan program magister teknik di Jurusan Teknik Mesin ITS Surabaya pada tahun 1996, dan menyelesaikan studi S3 di Jurusan Teknik Mesin Universitas Brawijaya pada tahun 2014. Bidang penelitian yang diminati adalah biokomposit/material serta beberapa topik yang berkaitan dengan mekanika getaran.