BAB II GALVANIZING
2.1 Pengertian Galvanizing
Pelapisan logam adalah suatu cara yang dilakukan untuk memberikan sifat tertentu pada suatu
permukaan benda kerja, dimana diharapkan benda
tersebut akan mengalami perbaikan baik dalam hal struktur mikro maupun ketahanannya, dan tidak menutup kemungkinan pula terjadi perbaikan terhadap sifat fisiknya. Pelapisan logam merupakan bagian akhir dari proses produksi dari suatu produk. Proses tersebut dilakukan setelah benda kerja mencapai bentuk akhir atau setelah set elah proses pengerjaan mesin serta penghalusan terhadap permukaan benda kerja yang dilakukan. Dengan demikian, proses pelapisan termasuk dalam kategori pekerjaan finishing atau sering juga disebut tahap penyelesaian dari suatu produksi benda kerja. Salah satu teknik pelapisan logam adalah galvanizing . Galvanizing adalah proses penerapan protective zinc coating pada baja atau besi, untuk mencegah berkarat. Istilah ini berasal dari nama ilmuwan Italia Luigi Galvani. Meskipun galvanisasi dapat dilakukan dengan elektrokimia dan proses elektrodeposisi, metode yang paling umum digunakan saat ini adalah hot-dip galvanisasi, di mana bahan baja di rendam didalam bak zinc bak zinc cair cair (molten zinc). Galvanis punya tingkat ketebalan beragam, mulai dari 1 mikron (seperseribu milimeter) sampai 9 mikron bahkan lebih. Untuk ketebalan 1 mikron biasanya produsen memberi jaminan 3 tahun anti karat (3 years rust free) dan untuk ketebalan 7 mikron produsen bisa memberi jaminan hingga 30 tahun. Proses galvanisasi banyak digunakan dikarenakan efisien, dapat dikerjakan dalam kondisi cuaca apapun. Lapisan galvanis memberikan perlindungan penghalang (barrier protection), protection), lapisan galvanis memberikan perlindungan katoda dengan cara mengorbankan lapisan seng sebelum lapisan logam yang dilindungi, lapisan galvanis memberikan perlindungan. perlindungan.
2.2 Proses Galvanizing
Galvanisasi merupakan salah satu cara untuk mengurangi/ menghindari proses korosi dengan melapisi logam yang kita ingin lindungi dengan logam lain yang lebih mudah terkorosi. Ide galvanisasi sendiri berawal dari proses sel galvani dan korosi galvani. Sel galvani atau disebut juga sebagai sel volta adalah sel elektrokimia yang dapat menyebabkan terjadinya energi listrik dari reaksi reduksi dan oksidasi (redoks) yang spontan. Reaksi redoks spontan yang dapat mengakibatkan terjadinya energi listrik ini ditemukan oleh Luigi Galvani dan Alessandro Guiseppe volta.
Gambar 2.1 Rangkaian Sel Galvanis
Sel galvani terdiri dari beberapa bagian, yaitu: 1.
Voltmeter, untuk menentukan besarnya potensial sel.
2.
Jembatan garam (salt bridge), untuk menjaga kenetralan muatan listrik pada larutan.
3.
Anoda, elektroda negatif tempat terjadinya reaksi oksidasi.
4.
Katoda, elektroda positif tempat terjadinya reaksi r eduksi . Pada anoda, logam Zn melepaskan elektron dan menjadi Zn 2+ terlarut.
Zn(s)
Zn2+(aq) + 2e-
Pada katoda, ion Cu 2+ menangkap elektron dan mengendap menjadi logam Cu.
Cu2+(aq) + 2e
Cu(s)
Hal ini dapat diketahui dari berkurangnya massa logam Zn setelah reaksi, sedangkan massa logam Cu bertambah. Reaksi total yang terjadi pada sel galvani adalah: Zn(s) + Cu2+(aq)
Zn2+(aq) + Cu(s)
Pelapisan dengan metode hot dip galvanizing sering juga disebut dengan proses pelapisan logam dengan logam lain yang lebih anodik sesuai dengan deret galvanik.
Gambar 2.2 Deret Galvanik
(http://www.ianosbackfill.com/2003/12/the_galvanic_se.html)
Pada gambar 2.2 menunjukkan deret galvanik. Dari gambar ini dapat diketahui bahwa seng bersifat lebih aktif (anodik) dari logam baja ataupun logam lain seperti Al, Cd, Sn dsb. Oleh karena itu, seng dapat melindungi logam lain terhadap serangan korosi. Karat (oksida) dibiarkan tanpa perlindungan di hampir setiap lingkungan. Menerapkan lapisan tipis seng baja adalah cara yang efektif dan ekonomis untuk
melindunginya dari korosi. Pelapis seng melindungi dengan menyediakan penghalang fisik dan proteksi katodik logam yang akan dilindunginya. Mekanisme utamanya yakni dimana lapisan galvanis melindungi logam utamanya dengan memberikan penghalang untuk mencegah uap air kontak langsung dengan logam. Tanpa kelembaban (elektrolit) tidak ada korosi. Sifat dari proses galvanizing tidak hanya memastikan bahwa lapisan seng yang tahan terhadap kelembaban, tetapi melekat dengan baik untuk logam dengan abrasi yang sangat baik dan ketahanan korosi. Lapisan galvanis tidak akan retak dari waktu ke waktu dengan cara pelapis penghalang lainnya seperti cat. Namun, lapisan galvanis bersifat reaktif, menimbulkan korosi dan mengikis lapisan logam secara perlahan, tapi memiliki masa kerja yang berbanding lurus dengan ketebalan lapisan. Juga, kemampuan seng pelapis untuk melindungi baja dengan bertindak sebagai penghalang tergantung pada laju korosi seng dalam suatu lingkungan tertentu. Oleh karena itu penting untuk memahami mekanisme korosi seng dan faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi laju korosinya. Logam hasil galvanisasi bereaksi dengan lingkungan sekitarnya untuk membentuk serangkaian produk korosi. Di udara, seng segera bereaksi dengan oksigen membentuk lapisan seng oksida yang sangat tipis. Ketika muncul upa air,, seng dan oksida akan bereaksi dengan air, sehingga pembentukan seng hidroksida. Produk korosi akhir seng karbonat, yang dihasilkan dari seng hidroksida bereaksi dengan karbon dioksida di udara. Zinc karbonat adalah lapisan tipis yang stabil, ulet, dan memberikan perlindungan terhadap seng yang mendasari, dan menghasilkan laju korosi rendah pada kebanyakan lingkungan. Karena lapisan pelindung ini yang terbentuk pada seng di atmosfer, laju korosi adalah 7 sampai 10 kali lebih lambat dibandingkan besi. Laju korosi seng berkorelasi dengan dua faktor utama yaitu waktu kelembababan dan konsentrasi polutan udara. Korosi hanya terjadi ketika permukaan basah. Pengaruh pembasahan pada laju korosi seng tergantung pada jenis kelembaban. Misalnya, ketika uap air dari curah hujan menempel pada
logam, korosi akan dibentuk oleh kondensasi uap air tersebut dan membentuk korosi. PH larutan air yang kontak dengan seng memiliki pengaruh yang signifikan terhadap tingkat korosi. Pada pH di bawah 6 dan di atas 12 akan terjadi pengingkatan laju korosi secara substansial. Kebanyakan atmosfer di industri mengandung sulfur dalam bentuk sulfur dioksida dan asam sulfat, dan berkontribusi terhadap hujan asam yang dapat memiliki pH kurang dari 6. Gambar 2.3 menggambarkan pengaruh pH air pada laju korosi seng.
Gambar 2.3 Pengaruh pH pada Laju Korosi
Lingkungan klorida (yaitu laut) memiliki jauh lebih sedikit efek pada laju korosi seng dari senyawa belerang, tetapi karena klorida dapat terjadi di lingkungan biasa, mungkin akan menjadi masalah lingkungan yang paling sering memerlukan perlindungan korosi ekstra. Meskipun demikian, bagian galvanis terkena luar bisa tetap bebas karat selama bertahun-tahun dan dua alasan dasar film seng karbonat relatif stabil yang terbentuk pada permukaan seng dan perlindungan korban yang disediakan oleh seng. Umur pakai logam yang dilapisi seng tergantung pada kondisi eksposur dan pada ketebalan lapisan. Hubungan faktor-faktor ini ditunjukkan pada Gambar 2.4
Gambar 2.4 Umur pakai untuk produk hasil galvanizing pada berbagai
lingkungan
2.3 Jenis- Jenis Galvanizing
Zinc memiliki sejumlah karakteristik yang membuatnya korosi cocok lapisan pelindung untuk produk besi dan baja di sebagian besar lingkungan. th e kinerja lapangan yang sangat baik dari seng pelapis hasil dari kemampuannya untuk membentuk padat, patuh film produk korosi dan laju korosi jauh di bawah bahan besi (sekitar 10 sampai 100 kali lebih lambat tergantung pada lingkungan). Sementara permukaan seng segar cukup reaktif saat terkena atmosfer, lapisan tipis produk korosi berkembang pesat, sangat mengurangi laju korosi lebih lanjut. Banyak jenis galvanizing yang tersedia secara komersial, antara lain hot-dip galvanizing, electrogalvanizing, zinc plating, mechanical plating, zinc spraying, dan zinc painting.
2.3.1 Hot-Dip Galvanizing Pelapisan secara hot dip galvanizing (pelapisan secara celup panas) adalah suatu proses pelapisan dimana logam pelapisnya dipanaskan terlebih dahulu hingga mencair, kemudian logam yang akan dilapisi yang biasa disebut logam dasar dicelupkan ke dalam bak galvanis yang telah berisi seng
cair, sehingga dalam beberapa saat logam tersebut akan terlapisi oleh lapisan berupa lapisan paduan antara logam pelapis (seng) dengan logam dasar da lam bentuk ikatan metalurgi yang kuat dan tersusun secara berlapis-lapis yang disebut fasa. Proses pelapisan dengan metode hot dip galvanizing dapat dibagi menjadi tiga proses, yaitu : a.
Tahap persiapan Tahap persiapan berfungsi untuk menghilangkan asam atau basa yang
merupakan bahan pengotor yang menempel pada spesimen, hal ini dimaksudkan agar diperoleh kondisi permukaan yang bersih dan diperoleh hasil lapisan yang baik. Proses pembersihan permukaan yang akan dilapisi dapat dilakukan sesuai dengan jenis pengotor yang menempel pada permukaan spesimen, namun proses pembersihan ini dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu proses pembersihan secara fisik (mekanik) dan proses pembersihan secara kimiawi. Pembersihan secara fisik dapat berupa pengamplasan dengan menggunakan mesin gerinda, yang meliputi menghaluskan permukaan yang tidak
rata
dan
penghilangan
goresan-goresan
serta
kotoran
yang
menempel pada permukaan spesimen.
Gambar 2.2. Surface Preparation
Proses pembersihan secara kimiawi merupakan proses pembersihan pengotor yang menempel pada permukaan spesimen dengan menggunakan bahan-bahan kimia. Proses pembersihan ini meliputi :
1. Degreasing Proses degreasing merupakan proses yang bertujuan untuk menghilangkan kotoran, minyak, lemak, cat dan kotoran padat lainnya yang menempel pada permukaan spesimen. Proses pembersihan dilakukan dengan menggunakan larutan NaOH (soda kaustik) dengan konsentrasi 5% – 10% pada suhu 70 oC – 90oC selama kurang lebih 10 menit. 2. Rinsing I Proses rinsing I bertujuan untuk membersihkan soda kaustik pada proses degreasing yang masih menempel pada permukaan spesimen dalam dengan menggunakan air bersih pada temperatur kamar. 3. Pickling Proses pickling bertujuan untuk menghilangkan karat yang melekat pada permukaan spesimen dengan cara dicelupkan ke dalam larutan HCl (asam klorida) atau larutan H2SO4 (asam sulfat) dengan konsentrasi 10% – 15% selama 15 – 20 menit. 4. Rinsing II Proses rinsing II bertujuan untuk membersihkan larutan HCl atau H 2SO4 yang menempel pada spesimen saat proses pickling dengan menggunakan air bersih pada temperatur kamar. 5. Fluxing Proses fluxing merupakan proses pelapisan awal dengan menggunakan Zinc Amonium Cloride (ZAC) dengan konsentrasi 20% – 30% selama 5 – 8 menit. Proses fluxing dilakukan dengan tujuan sebagai lapisan dasar untuk memperkuat lapisan seng pada saat dilakukan proses pelapisan, sebagai katalisator reaksi terjadinya pelapisan Fe-Zn serta untuk menghindari terjadinya proses oksidasi sebelum proses galvanizing dilakukan. Proses fluxing berlangsung pada temperatur 60 oC – 80oC, hal ini dimaksudkan agar perpindahan panas pada spesimen berlangsung secara perlahan dan bertahap sehingga dapat menghindari terjadinya deformasi plastis yang dapat mengganggu proses pelekatan seng pada benda kerja saat proses galvanizing berlangsung.
6. Drying Proses drying merupakan proses pengeringan dan pemanasan awal dengan menggunakan gas panas yang suhunya kurang lebih 150 oC, tujuannya untuk menghilangkan cairan yang mungkin terdapat pada permukaan spesimen yang dapat menyebabkan terjadinya ledakan uap saat proses galvanizing berlangsung.
b. Tahap pencelupan (galvanizing) Spesimen yang telah mengalami tahap persiapan (pre-treatment) dan telah bersih dari segala pengotor kemudian langkah berikutnya yaitu dilakukan proses pencelupan (galvanizing). Selama proses galvanizing berlangsung, cairan seng akan melapisi baja dengan membentuk lapisan baja seng kemudian barulah terbentuk lapisan yang sepenuhnya berupa unsur seng pada permukaan terluar baja, larutan yang digunakan minimal adalah 98 % murni unsur seng. Tahap pencelupan dilakukan selama kurang lebih 1,5 menit pada suhu 440 oC – 460oC. Ketebalan lapisan seng pada pelapisan dengan metode hot dip galvanizing dipengaruhi oleh kondisi permukaan, lamanya pencelupan dantemperatur pencelupan.
Gambar 2.3 Wet and Dry Galvanizing
Dalam proses galvanizing, umumnya terdapat dua tipe, yakni tipe galvanisasi basah dan galvanisasi kering. Perbedaan keduanya, terletak pada proses fluxing . Pada proses kering, fluxing dilakukan dengan larutan amonium klorida sedangkan pada proses basah, fluxing menggunakan molten flux blanket pada zinc bath surface.
c. Tahap pendinginan dan tahap akhir Tahap pendinginan dilakukan dengan mencelupkan spesimen ke dalam larutan sodium cromate dengan konsentrasi 0,015% pada suhu kamar ataupun dengan menggunakan air. Proses ini bertujuan untuk mencegah terjadinya white rust . Bagian akhir dari proses pelapisan berupa menghaluskan permukaan yang runcing yang disebabkan oleh cairan seng yang hendak menetes namun telah mengering terlebih dahulu.
2.3.2
Electro-galvanizing
Elektro coating galvanis diterapkan untuk baja lembaran atau strip oleh elektrodeposisi. Electrogalvanizing adalah operasi kontinyu di mana baja lembaran atau strip dimasukkan melalui peralatan entri yang sesuai, diikuti oleh serangkaian pembesihan dan bilasan dan akhirnya ke dalam zinc plating bath. Rangkaian seng yang paling umum digunakan adalah elektrolitanoda menggunakan timbal-perak, atau anoda larut lainnya dan elektrolit seng sulfat. Anoda larut seng murni juga digunakan. Dalam proses ini, lembar katoda logam berkembang sebagai ion seng dalam larutan elektrik dan berubah menjadi seng logam dan diendapkan pada katoda. Penghalus butir dapat ditambahkan untuk membantu menghasilkan permukaan yang halus. Lapisan deposit seng terdiri dari seng murni yang melekat ke logam. Lapisan ini sangat ulet bahkan setelah dilakukan proses deformasi. Berat lapisan yang dihasilkan berkisar hingga 0,2 oz/ft 2 (60 g / m 2), atau ketebalan hingga 0,36 mil (9,1 m) per sisi. Sedangkan pada kawat, berat lapisan dapat mencapai hingga 3 oz/ft 2 (915 g/m 2). Lapisan seng murni lebih tipis dari lembar galvanis. Proses perlakuan pada kawat dan pelapisannya dapat
mereduksi sampai 95% tergantung pada komposisi kimia dari kawat, perlakuan panas, dan diameter.
Gambar 2.5 Electro-galvanizing Wire
Pelapisan elektro-galvanizing umumnya diterapkan untuk baja lembaran dan kawat. Aplikasi yang paling umum adalah pada automobile, badan alat dan fasteners. Selanjutnya, untuk memperpanjang umur pakai, pelapis elektro galvanis dapat dilakukan treatment untuk membuatnya dapat diproses
pada
tahap
selanjutnya
yaitu
painting dan
ini
sering
direkomendasikan karena lapisan seng yang sangat tipis.
2.3.4
Zin c Painting
Zinc painting , sering keliru disebut cold galvanizing adalah aplikasi dengan kuas atau semprot debu dari seng dicampur dengan bahan pengikat organik atau anorganik. Debu seng harus dicampur dengan polimer untuk menghasilkan campuran homogen dan adhesi yang tepat. Cat kaya seng biasanya berisi 92-95% logam seng dalam film kering. Ketika disemprotkan , garis pakan harus dijaga sesingkat mungkin untuk mencegah pengendapan debu seng dan mantel film yang tidak merata. Zinc painting dapat diterapkan baik dalam ruangan atau lapangan. Seperti semua lapisan cat, cat kaya seng adalah pelapisan permukaan. Cat seng kaya bahan organik yang terdiri dari epoxies, hidrokarbon diklorinasi, dan polimer lainnya atau anorganik berdasarkan silikat alkil
organik. Cat organik atau anorganik yang diterapkan pada ketebalan film kering dari 2.5 sampai 3.5 mils. Jika diterapkan terlalu tebal, retak dapat terjadi.
Gambar 2.6 Lapisan Zinc Painting
Salah satu kesamaan dari semua pelapisan seng adalah perlindungan katodik yang diberikan. Pelapisan cat seng berbeda dari pelapisan lain karena ada bahan mengikat digunakan untuk membentuk partikel seng. Untuk perlindungan katodik debu seng harus berada pada konsentrasi yang cukup tinggi untuk menyediakan konduktivitas antara partikel seng dan baja. Ini adalah alasan lain agitasi konstan dan campuran yang homogen penting selama aplikasi. Cat kaya seng organik dan anorganik sedikit berbeda dalam kinerja mereka. Cat anorganik yang melekat pada logam dengan reaktivitas kimia ringan memiliki ketahanan pelarut yang baik dan dapat menahan suhu sampai sekitar 700 F (375 Celcius). Densitas cat anorganik sekitar setengah densitas seng per mil batch hot-dip coating galvanis. Sifat-sifat cat organik tergantung pada sistem pelarut. Beberapa mantel dapat diterapkan dalam waktu 24 jam tanpa retak. Cat organik tidak memiliki ketahanan suhu yang sama dengan anorganik karena mereka terbatas pada suhu 200-300 F. Seng kaya cat dapat diterapkan untuk baja dari berbagai ukuran dan bentuk, meskipun aplikasi yang sulit di fabrikasi yang lebih kompleks. Cat kaya seng banyak digunakan untuk proses yang
membutuhkan kinerja yang tinggi, dua dan tiga sistem mantel dan untuk touch-up dan perbaikan batch hot-dip coating galvanis. Dalam lingkungan ringan, cat anorganik seng dapat digunakan secara terpisah untuk perlindungan korosi, tetapi harus dilapisi dengan baik agar memperpanjang umur pakainya.
2.3.5
Zi nc Spray Metall izing
Zinc penyemprotan, atau Metallizing, dilakukan dengan makan bubuk seng atau kawat menjadi senjata dipanaskan, di mana ia mencair dan disemprotkan ke bagian menggunakan gas pembakaran dan / atau tambahan udara terkompresi untuk memberikan kecepatan yang diperlukan (Gambar 6). Sebelum Metallizing, baja harus dibersihkan abrasively Lapisan seng 100% dapat diterapkan di toko atau lapangan, namun lebih sering dilakukan di toko mana panas untuk mencair lebih mudah tersedia. Panas disuplai oleh pembakaran api gas oksigen-bahan bakar atau dengan busur listrik. Proses telah dikembangkan untuk makan seng cair langsung ke nosel semprot, tapi hanya untuk di aplikasi toko. Berikut aplikasi seng, lapisan biasanya ditutup dengan viskositas rendah poliuretan, epoxyfenolik, epoksi, atau resin vinyl. Lapisan seng metalisasi kasar dan sedikit berpori, dengan kepadatan sekitar 80% yang batch hot-dip galvanizing. Sebagai lapisan metalisasi terkena atmosfer, produk seng korosi cenderung untuk mengisi pori-pori memberikan perlindungan katodik konsisten. Metallizing mencakup lasan, jahitan, berakhir, dan paku keling dengan baik dan dapat diterapkan lebih dari 10 mils (254 m). Namun, lapisan seng murni mekanis-terikat dapat menjadi tidak konsisten dan memerlukan operator yang terampil untuk aplikasi terbaik. Coatings cenderung tipis di sudut-sudut dan tepi, dan tidak ada lapisan diterapkan pada permukaan interior atau sulit relung akses dan gigi berlubang.
