PENGARUH KONSENTRASI CuCN DAN GELATIN DALAM ELEKTROLIT GEL CuCN TERHADAP KETEBALAN LAPISAN TEMBAGA PADA ELEKTROPLATING BAJA JIS G 3141 TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Bidang Studi Teknologi Pelapisan Program Studi S-1 Jurusan Teknik Material dan Metalurgi Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Oleh : MOHAMAD ALDHI NRP: 2705.100.034 Disetujui oleh Tim Penguji Tugas Akhir : Prof. Dr. Ir. Sulistijono, DEA.....(Pembimbing I) Dr. Diah Susanti ST., MT (Pembimbing II) SURABAYA Juli 2009 ii
Nama Mahasiswa : Mohamad Aldhi NRP : 2705 100 034 Jurusan : Teknik Material dan Metalurgi FTI - ITS Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Sulistijono, DEA Dr. Diah Susanti ST., MT Abstrak Baja JIS G 3141 merupakan baja jenis karbon rendah. Proses elektroplating sering dilakukan terhadap baja ini untuk meningkatkan ketahanannya terhadap korosi ataupun memperbaiki propertisnya. Penelitian pada metode alternatif elektroplating ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi CuCN (15 gr/l; 35 gr/l; 55gr/l; 75 gr/l ) dan gelatin sebagai gelling agent ( 5%; 7% ) dalam elektrolit gel CuCN terhadap ketebalan de posit Cu hasil elektroplating yang dilakukan tanpa pencelupan pada baja JIS G 3141. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan konsentrasi CuCN akan meningkatkan ketebalan deposit Cu sedangkan penambahan konsentrasi gelatin akan mengurangi ketebalan deposit Cu. Elektrolit gel CuCN dengan konsentrasi CuCN 75 gr/l dan gelatin 5% menghasilkan deposit cu paling tebal ( 4 μm ) sedangkan elektrolit gel CuCN dengan konsentrasi CuCN yang sama dan gelatin 7% hanya menghasilkan deposit Cu setebal 3,8 μm. Kata kunci : Elektroplating, Elektrolit Gel, konsentrasi, Gelatin, CuCN, Lapisan tembaga ABSTRAK V
Name : Mohamad Aldhi NRP : 2705 100 034 Major : Teknik Material dan Metalurgi FTI - ITS Advisors : Prof. Dr. Ir. Sulistijono, DEA Dr. Diah Susanti ST., MT Abstract JIS G 3141 is low carbon steel. Electroplating process often carried out on this steel to increase the resistant from corrosion or improve its properties. The aim of this research of the alternative method of electroplating is to knowing the influence of CuCN concentration (15 gr/l; 35 gr/l; 55gr/l; 75 gr/l) and gelatin concentrarion as gelling agent (5%; 7%) in gel electrolytes CuCN to the thickness of Cu deposit resulted from electroplating of JIS G 3141 steel that carried out without immersion. The results of this research show that the increasing in concentration of CuCN will increase the thickness of Cu deposit while the increasing in concentration of gelatin will reduce the thickness of Cu deposit. Gel electrolyte CuCN with concentration of CuCN 75 gr/l and gelatin 5% produce Cu deposit the thickest (4 μm) while gel electrolyte CuCN with the same concentration of CuCN and gelatin 7% only produced Cu deposit with a thickness of 3.8 μm. key words: Electroplating, Gel electrolyte, concentration, Gelatin, CuCN, Cu deposit ABSTRAK VII
KATA PENGANTAR Allhamdullilah atas limpahan rahmat dan karunia Allah SWT, sehingga penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir serta menyusun Laporan Tugas Akhir yang berjudul: PENGARUH KONSENTRASI CuCN DAN GELATIN DALAM ELEKTROLIT GEL CuCN TERHADAP KETEBALAN LAPISAN TEMBAGA PADA ELEKTROPLATING BAJA JIS G 3141. Laporan Tugas Akhir ini merupakan salah satu tugas yang harus diselesaikan setiap mahasiswa jurusan Teknik Material & Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya untuk meraih gelar sarjana teknik dan memenuhi mata kuliah Tugas Akhir. Pada kesempatan kali ini penyusun mengucapkan banyak terima kasih kepada : 1. Allah SWT yang memberi kemudahan ditengah kesulitan 2. Ayah, Ibu, saudara, dan teman-teman yang selalu memberikan bantuan baik secara moril dan materiil. 3. Prof. Dr. Ir. Sulistijono, DEA selaku dosen pembimbing tugas akhir. 4. Dr. Diah Susanti selaku co-dosen pembimbing. 5. Seluruh dosen dan karyawan Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS. Penyusun menyadari adanya keterbatasan di dalam penyusunan laporan ini sehingga Penyusun berharap akan adanya saran dan kritik yang sifatnya membangun terhadap laporan tugas akhir ini. Surabaya, Juli 2009 Penyusun KATA PENGANTAR ix
LEMBAR JUDUL... i LEMBAR PENGESAHAN... iii ABSTRAK... v ABSTRACT... vii KATA PENGANTAR... ix... xi DAFTAR GAMBAR... xv DAFTAR TABEL... xvii LAMPIRAN... xix BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Batasan Masalah... 2 1.4 Tujuan Penelitian... 2 1.5 Manfaat Penelitian... 2 1.6 Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5 2.1 Konsep Dasar Elektroplating... 5 2.1.1. Pertumbuhan Deposit... 8 2.1.2. Hukum Faraday... 9 2.1.3. Ketebalan Deposit... 10 2.1.4. Efisiensi Plating... 10 2.1.5. Elektrolit 2.1.5.1. Rendaman Asam Dengan Garam Sederhana... 12 2.1.5.2. Rendaman Yang Mengandung Garam Kompleks... 13 2.1.5.3. Buffer (penyangga) dan komponen Lainnya... 13 2.1.6. Konduktivitas Ion... 13 2.1.7. Elektroda... 13 2.1.8. Variabel-Variabel dalam Proses Elektroplating... 16 xi
2.1.8.1 Konsentrasi Elektrolit... 16 2.1.8.2. Sirkulasi Elektrolit... 16 2.1.8.3. Temperatur dan Waktu... 16 2.1.8.4. Rapat Arus... 17 2.1.8.5. Daya Tembus (Throwing Power)... 17 2.1.8.6. Jarak Anoda Katoda... 18 2.2. Persiapan Material Sebelum Elektroplating... 18 2.2.1. Pembersihan Material dari Kotoran dan Minyak (Degreasing)... 19 2.2.2. Pembersihan Permukaan dari Scale (Pickling)... 20 2.2.3. Pembersihan Material Setelah Proses Pickling (Fluxing)... 20 2.2.4. Rinsing... 20 2.3. Pelapisan Tembaga Sianida... 21 2.3.1. Karakteristik Tembaga... 21 2.3.2. Larutan Elektrolit Pada Elektroplating Tembaga Sianida... 22 2.3.3. Fungsi Komponen Utama Elektrolit Tembaga Sianida... 23 2.3.3.1. Tembaga Sianida (Copper Cyanide, CuCN )... 23 2.3.3.2. Potasium Sianida (KCN) dan Sodium Sianida (NaCN)... 24 2.3.3.3. Sianida Bebas... 24 2.3.3.4. Sodium Karbonat (Na 2 CO 3 )... 24 2.4. Definisi Gel... 25 2.5. Penggunaan Gelatin sebagai Gelling Agent Elektrolit... 25 2.6. Karakteristik Gelatin... 26 2.7. Komposisi Gel Elektrolit CuCN... 30 2.8. Baja JIS G 3141... 30 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 31 3.1. Diagram Alir Percobaan... 31 3.2. Peralatan dan Bahan... 32 3.2.1. Peralatan Percobaan... 32 xii
3.2.2. Bahan Percobaan... 32 3.3. Prosedur Penelitian... 33 3.3.1 Preparasi Spesimen... 33 3.3.2. Preparasi Elektrolit Gel CuCN... 34 3.3.3 Susunan Rangkaian elektroplating... 38 3.4. Proses Elektroplating... 38 3.5. Pengujian Ketebalan... 39 3.6. Pengamatan Hasil Elektroplating Dengan Scanning Electron Microscope (SEM) dan Pengujian Unsur Cu Pada Deposit Dengan EDS (Energi Dispersive Spectrometry)... 40 3.7. X-Ray Diffraction (XRD)... 42 3.8. Rancangan Percobaan... 44 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 45 4.1 Hasil Penelitian... 45 4.1.1. HASIL PENGAMATAN FOTO MAKRO SPESIMEN... 45 4.1.2. HASIL PENGUJIAN KETEBALAN DEPOSIT Cu PADA SPESIMEN... 47 4.1.3. HASIL PENGAMATAN FOTO MIKRO SPESIMEN... 49 4.1.4. HASIL EDX SPESIMEN... 51 4.1.5. HASIL PENGUJIAN XRD SPESIMEN... 54 4.2 Pembahasan... 56 4.2.1. Pengaruh Konsentrasi CuCN Terhadap Ketebalan Deposit Cu... 56 4.2.2. Pengaruh Konsentrasi Gelatin Terhadap Ketebalan Deposit Cu... 57 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 59 4.1 Kesimpulan... 59 4.2 Saran... 59 DAFTAR PUSTAKA... 61 LAMPIRAN... 63 UCAPAN TERIMA KASIH... 71 BIODATA PENULIS... 73 xiii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Contoh Skema Sistem elektroplating... 7 Gambar 2.2 Perubahan formasi rantai dari gelatin saat pendinginan (Gelatine Handbook: Theory and Industrial Practice)... 25 Gambar 2.3 Gelatin dalam Bentuk serbuk (Gelatine Handbook: Theory and Industrial Practice... 28 Gambar 3.1 Diagram Alir Proses Percobaan... 30 Gambar 3.2 Dimensi spesimen... 33 Gambar 3.3 Elektrolit Gel CuCN...37 Gambar 3.4 Neraca Analitik Sartorius BP 110 S...37 Gambar 3.6 Proses elektroplating menggunakan elektrolit gel CuCN... 43 Gambar 4.1 (A) Spesimen dielektroplating dengan CuCN 15 gr/l dan 5% gelatin... 45 Gambar 4.1 (B) Spesimen dielektroplating dengan CuCN 35 gr/l dan 5% gelatin...45 Gambar 4.1 (C) Spesimen dielektroplating dengan CuCN 55 gr/l dan 5% gelatin...45 Gambar 4.1 (D) Spesimen dielektroplating dengan CuCN 75 gr/l dan 5% gelatin...45 Gambar 4.2 (A) Spesimen dielektroplating dengan CuCN 15 gr/l dan 7% gelatin... 46 Gambar 4.2 (B) Spesimen dielektroplating dengan CuCN 35 gr/l dan 7% gelatin...46 Gambar 4.2 (C) Spesimen dielektroplating dengan CuCN 55 gr/l dan 7% gelatin...46 Gambar 4.2 (D) Spesimen dielektroplating dengan CuCN 75 gr/l dan 7% gelatin...46 Gambar 4.3. Grafik Ketebalan deposit Cu pada Spesimen yang dielektroplaitng menggunakan elektrolit gel CuCN dengan konsentrasi gelatin 5%... 48 Gambar 4.4. Grafik Ketebalan deposit Cu pada Spesimen yang dielektroplaitng menggunakan gel elektrolit CuCN xv
dengan konsentrasi gelatin 7%... 48 Gambar 4.5. Grafik impose Ketebalan deposit Cu pada Sample yang dielektroplaitng menggunakan gel elektrolit CuCN dengan gelatin 5%dan 7%... 48 Gambar 4.6 (A) Foto top view Spesimen dielektroplating dengan CuCN 15 gr/l dan 5% gelatin (perbesaran 3000X)... 49 Gambar 4.6 (B) Foto top view Spesimen dielektroplating Dengan CuCN 55 gr/l dan 5 % gelatin (perbesaran 2300X)... 49 Gambar 4.7 (A) Foto top view Spesimen dielektroplating dengan 15 gr/l CuCN dan 7% gelatin... 50 Gambar 4.7(B). Foto top view Spesimen dielektroplating dengan CuCN 55gr/l dan 7% gelatin... 50 Gambar 4.8 (A) Foto SEM cross section spesimen yang dielektroplating dengan konsentrasi CuCN 75gr/l dan 5% gelaitn, (perbesaran 2000X)... 51 Gambar 4.8 (B) Foto SEM cross section Spesimen yang dielektroplating dengan konsentrasi CuCN 75 gr/l dan 7% Gelatin (perbesaran 3000X)... 51 Gambar 4.9 Hasil EDS diambil dari top view Spesimen yang dielektroplating dengan elektrolit gel CuCN dengan konsentrasi CuCN 15 gr/l dan 5% gelatin... 52 Gambar 4.10 Hasil EDS diambil dari top view Spesimen yang dielektroplating dengan elektrolit gel CuCN dengan konsentrasi CuCN 55 gr/l dan 5% gelatin...... 52 Gambar 4.11 Hasil EDS diambil dari top view Spesimen yang dielektroplating dengan elektrolit gel CuCN dengan konsentrasi CuCN 15 gr/l dan 7% gelatin... 53 Gambar 4.12 Hasil EDS diambil dari top view Spesimen yang dielektroplating dengan CuCN 55 gr/l dan 7% gelatin...53 Gambar 4.13 Hasil Pengujian XRD pada permukaan deposit Cu spesimen yang dielektroplating elektrolit gel CuCN dengan konsentrasi CuCN 15 gr/l dan 5% gelatin... 55 Gambar 4.14 Hasil Pengujian XRD pada permukaan deposit Cu spesmen yang dielektroplating elektrolit gel CuCN dengan konsentrasi CuCN 75 gr/l dan 7% gelatin... 56 xvi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Potensial Elektroda Standar...15 Tabel 2.2 larutan elektrolit tipe strike ( sumber : purwanto, syamsul Huda 2005)... 22 Tabel 2.3 Komposisi gelatin... 27 Tabel 2.4 kondisi untuk membuat elektrolit gel dengan gelatin...29 Tabel 3.1 konsentrasi CuCN dan Gelatin...... 34 Tabel 3.2 Rancangan Pengukuran ketebalan dengan MiniTest 600 data (Setelah Elektroplating dengan tembaga sianida)...43 Tabel 4.1 Hasil pengujian Ketebalan Deposit Cu Pada Sample dengan menggunakan mini test 600 B...47 xvii
LAMPIRAN Lampiran 1. Tabel ketebalan deposit Cu pada Spesimen berdasrkan pengukuran menggunakan Minitest 600... 63 Lampiran 2. Tabel Berat Spesimen Sebelum Dielektroplating... 63 Lampiran 3. Tabel Berat Spesimen Setelah Dielektroplating... 64 Lampiran 4. Tabel Berat Deposit Cu Pada spesimen... 65 Lampiran 5. Tabel ketebalan Deposit Cu Pada Spesimen berdasarkan perhitungan... 66 Lampiran 6. Hasil Pengamatan SEM dan Pengujian EDS Spesimen 1... 67 Lampiran 7. Hasil Pengamatan SEM dan Pengujian EDS Spesimen 3... 68 Lampiran 8. Hasil Pengamatan SEM dan Pengujian EDS Spesimen 5... 69 Lampiran 9. Hasil Pengamatan SEM dan Pengujian EDS Spesimen7... 70 xix