Tujuan Pembelajaran Umum 1. Mahasiswa mampu menjelaskan proteksi dan pengendalian korosi dengan metoda coating bahan organik. 2. Mahasiswa mampu menjelaskan proteksi dan pengendalian korosi dengan metoda coating bahan anorganik. Tujuan Pembelajaran Khusus 1. Mahasiswa dapat memahami dan menjelaskan proses pengendalian korosi dengan bahan organik yang menerapkan pengunaan cat meliput jenis dan komposisi cat dan bahan plastik untuk proteksi korosi logam. 2. Mahasiswa dapat menjelaskan dan memahami proteksi korosi dengan bahan anorganik melalui proses anodisasi, kromatisasai,dan fofatasi. Pendahuluan Metode coating organik dan anoerganik merupakan proteksi logam terhadap korosi dengan cara memberikan lapisan di permukaan logam. Coating organik biasanya menggunakan senyawa polimer, seperti senyawa yang dicampurkan di dalam cat atau plastik. Bagian ini akan diawali mendalami cat dan plastik sebagai lapisan pelindung di permukaan logam. Coating anorganik berupa pembentukan oksida dengan proses anodisasi dan pembentukan senyawa anorganik di permukaan logam. Oleh karena itu, proses anodisasi aluminium, kromatisasi, dan fosfatasi merupakan coating anorganik yang diuraikan pada bab ini. 7.1. Coating Organik (cat) Coating organik terutma bertindak sebagai penghalang antara material dengan lingkungan korosif. Lapisan organik diterapkan sebagai cairan dengan bantuan kuas, roll atau penyemprotan. Umumnya, pelapis organik ini disebut cat yang terdiri dari partikel padatan yang terdispersi dalam media cairan pengikat. Selain iu, cat mengandung juga pelarut dan thinner yang mengendalikan viskositas dan menyediakan sifat-sifat yang diperlukan pada pemakainya. 7.1.1. Komposisi Cat Cat mempunyai komposisi sebagai berikut: Binder (resin): merupakan bahan dasar cat (vehicle), menentukan sifat tahan terhadap lingkungan dan dipakai sebagai nama jenis cat, misalnya: vinyl, epoksi, akrilat, dan lainlain. Pigmen (zat warna) merupakan padatan pembentuk lapisan pelindung. Contoh: serbuk seng, seng-kromat, rutile, dan lain-lain. Solvent (pelarut) mengencerkan bahan cat, contoh: terpentin, air, senyawa hidrokarbon. Filler merupakan bahan pengisi dan bersifat inert berfungsi untuk menambah padatan dalam bahan cat. Contoh : CaCo3, barit,clay (lempung), dll. (anti oxidant, anti settling agent, anti floating, dst) Additif (anti
7.1.2. Sistem Cat Umumnya, sistem pengecatan tidak hanya dengan satu lapis cat, sedikitn ya diperlukan dua lapis cat untuk mengurangi kemungkinan terbentuknya lubang-lubang halus. Unsur utama pengecatan adalah priming coat, under coat, dan finishing coat . Priming coat merupakan pelapis yang diterapkan padapermukaan logam yang akan dilindungi, tetapi dapat juga diterapkan kepada pelapis logam seperti seng. Primer coat ini berfungsi sebagai fondasi sistem protektif, sehingga cat ini harus membasahi dan menempel dengan baik pada permukaan logam. Umumnya, sistem cat tidak ada perbedaan penting antara primer coat dengan under coat , tetapi di dalam cat yang mengandung natural oil (minyak alam), pigmen yang ada di dalam cat dapat bersifat inhibitor. Misalnya red-lead (meni) yang dengan miynyak (oil ) bereaksi membentuk sabun ( soap) yang bertindak sebagai inhibitor. Under coat terutama berfungsi untuk membangun ketebalan dari pelapisan adhesi antar lapisan penting. Pigmen yang digunakan, umumnya, adalah pigmen pada finishing coat . Finishing coat berfungsi untuk memproteksi lingkungan. Pigmennya bersifat non inhibitif dan inert seperti titanium oksida, aluminium dan miscaceous iron oxide untuk memberikan warna. 7.1.3. Karakteristik Cat Jenis pengikat
Cara pengeringan
Ketahanan terhadap asam Asam
Basa
Air
Pelarut
Udara Luar
cukup
Sangat buruk
cukup
cukup
Buruk/ cukup
Kondensasi pemanasan/ cukup kondensasi udara/ polimerisasi oksidatif
Sangat buruk
cukup
buruk
Cukup baik
oksidatof cukup
buruk
Cukup baik
cukup
Sangat baik
Alkid oil length Polimerisasi kondensasi cukup sedang udara/ oksidatif pemanasan
buruk
Cukup baik
cukup
Sangat baik
Alkid oil length Plomerisasi kondensasi cukup pendek pemanasan
cukup
Cukup baik
Sangat baik
Minyak mentah
rami Polimerisasi udara
Minyak masak
rami
Vernis oleoresin
Alkid oil length Polimerisasi panjang udara
oksidatif
baik
Campuran urea Polimerisasi kondensasi Cukup formaldehid alkid pemanasan baik
Cukup Sangat baik baik
Baik
Cukup
Campuran melamin formaldehid alkid
Cukup Sangat baik baik
Baik
Sangat baik
Polimerisasi kondensasi Cukup pemanasan baik
Amino epoksi atau Polimerisasi kondensasi Baik campuran resin pemanasan fenolat
Baik
Sangat Sangat baik baik
Baik
Campuran Polimerisasi kondensasi Cukup polyester/ poliiso- penambahan udara/ baik sianat pemanasan
Baik
Cukup Sangat baik baik
Sangat baik
Resin venil
Evaporasi pelarut udara
Karet klorinasi
Evaporasi pelarut udara
Sangat Sangat Sangat baik baik baik Baik
Baik
Sangat baik
Buruk
Baik
Buruk
Baik
7.1.4. Kegagalan Cat Beberapa cat boleh diaplikasikan langsung pada permukaan logam, karena komponen cat mengandung asam fosfat atau asam tanat. Asam ini dengan produk korosi membentuk lapisan yang melekat di permukaan logam, karena asam ini mengoksidasi ferro menjadi ferri, sehingga cat akan melekat erat di permukaan yang lembab. Secara umum, cat diaplikasikan pada permukaan logam yang telah disiapkan. penyiapan permukaan logam dapat dilakukan seperti perlakuan permukaan yang telah dibahas pada bab sebelumnya. Penyebab utama kegagalan sistem cat adalah: penyiapan permukaan logam yang kurang memadai pengerjaan lapisan cat pada kondisi yang tidak sesuai atau metoda pelapisan yang tidak tepat. Penyiapan permukaan logam akan memperngaruhi hasil pelapisan. Sebagai contoh, apabila permukaan terlalu kasar, puncak-puncak mikro yang terjadi akan mendapatkan lapisan yang tipis atau bahkan tidak terlapisi, akibatnya cat akan mengalami penetrasi awal. Ketika butiran air berdifusi melaui lapisan cat, larutan garam dari produk korosi dapat terbentuk pada bagian yang sifat adesinya kurang baik. Apabila konsentrasi larutan garam meningkat, maka tekanan osmosis akan memaksa air masuk melalui cat agar larutan garam menjadi encer. Hal ini akan menimbulkan pelepuhan dan memperluas pemisahan cat dengan logam serta merusak penampilan cat.
Selain hal tersebut di atas, cat harus diaplikasikan pada kondisi udara yang tepat. Misalnya kelembaban kelembaban relative terlalu tinggi, selaput tipis air yang ada di permukaan logam akan mempengaruhi daya rekat dan waktu pengeringan cat. Suhu lingkungan jug a mempengaruhi wakti pengeringan, yaitu penguapan pelarut cat dapat lebih lambat pada suhu sangat rendah dan ada cat kemasan ganda yang tidak dapat mongering bila suhu tidak tepat. Suhu yang berbeda pada bagian tertentu sebuah komponen terutama apabila cat harus dipanaskan atau dipanggang dalam oven untuk mempercepat proses pengeringan, dapat menyebabkan pelarut yang menguap di satu bagian, tetapi di bagian lain (atau sisinya) terjadi pengembunan. Hal ini menyebabkan cat melarut pada bagian yang terjadi pengembunan pelarut, sehingga pada bagian ini akan terjadi bekas yang berupa guratan apabila cat sudah mengering. Kegagalan cat dapat terjadi pada sistem cat kemasan ganda akibat kurang sempurnanya proses pencampuran dua komponen saat cat digunakan dan proses peneringan untuk membentuk lapisan akhir bergantung pada polimerisasi silang. 7.1.5. Latihan Kerjakan soal berikut dengan singkat dan jelas! 1) Apa fungsi pengecatan pada logam? 2) Sebutkan cara pengecatan yang sering dilakukan! 3) Sebutkan kompoisi cat dan jelaskan fungsinya! 4) Jelaskan perbedaan primer coat, under coat, dan finishing coat! 5) Sebutkan jenis cat dan karakterisiknya! (3 macam) 6) Jelaskan penyebab kemungkinan terjadi kegagalan sistem cat! 7.2. Coating Plastik Coating termoplastik dan elastomer sering dilakukan terhadap logam yang relative mudah untuk memadukan sifat mekanik logam dan sifat plastik anti korosi. Teknik pelapisan plastik dapat diterapkan di berbagai lingkungan, misalnya lingkungan asam, basa, lumpur mengalir yang abrasif, terendam terus-menerus dalam air laut. Metoda pelapisan plastik pada logam dapat dilakukan dengan: cara pencelupan penyemprotan tanpa udara, elektrostatik, panas pengulasan Persaingan bahan pelapis plastik seperti persaingan industri cat, maka di pasaran terdapat bahan dasar yang sama, tetapi merek dagang berbeda-beda. Secara umum, bahan dasar plastik adalah sebagai berikut. 1) Nilon Bahan nilon mudah diberi warna, tidak akan pecah, dan tahan terhadap minyak dan pelarut. Nilon dapat digunakan pada suhu sampai 120°C, sehingga bahan ini dapat disterilkan dan banyak dipakai dalam industri pengolahan makanan. Pelapisan pada baja dan aluminium menunjukkan keliatan yang baik.
2) Politena (Polietilena) Bahan ini digunakan untuk melapisi alat rumah tangga, untuk pipa, tangki bahan kimia, dan rak. Untuk lingkungan tertentu, seperti lingkungan deterjen, alkohol, silikon, cenderung mengalami peretakan korosi tegang. 3) Plovinil Klorida (PVC) Bahan pelapis jenis ini mudah menguap dan sifatnya bergantung pada kandungan plasticizer sesuai dengan kondisi penggunaannya. Agar bahan pelapis melekat erat pada logamnya, logam harus diberi bahan perekat atau cat dasar lebih dahulu. Bahan ini diaplikasikan dengan cara pencelupan dan penyemprotan, baik ke dalam tepung PVC halus maupun PVC cair. Pada permukaan yang panas, polimer dan plasticizer salingsilang menghasilkan endapan seperti gelatin, selanjutnya dikeringkan dengan pemanasan dengan suhu lebih tinggi untuk mendapatkan lapisan yang kuat. Logam yang dilapisi bahan ini tidak boleh mengalami suhu lingkungan lebih tinggi dari 60-70°C. 4) Politetrafluoroetilena (PTFE) Bahan ini mempunyai ketahanan korosi yang tinggi, stabil pada suhu sampai 250°C, tahan terhadap asam dan basa dan tidak menyerap air. Namun demikian, perlindungan terhadap korosi logam tidak dapat dijamin, karena sulit utnuk menghilangkan pori-pori mikro yang terdapat pada lapisan. 5) Poliuretan Pelapis bahan ini telah diterapkan untuk melapisi baja dalam lingkungan air laut, minyak pelumas, deterjen, dan asam atau basa pada konsentrasi rendah. Bahan ini dapat dilapisikan dengan metoda penyembprotan tanpa udara, pengulasan dan pencelupan. Latihan Kejakan soal berikut. 1) Sebutkan jenis plastik yang digunakan sebagai coating! 2) Metode apa yang digunakan untuk aplikasi coating plastik? 3) Sebutkan bahan dasar plastik yang biasa digunakan sebagi coating! 7.3. Coating Oksida Beberapa logam mempunyai kecenderungan untuk membentuk lapisan tipis (film) oksida yang stabil di permukaan logam. Lapisan ti[is ini dalam kondisi tertentu dapat protektif. Hal ini disebut pasivasi yang didefinisikan sebagai kemampuan suatu logam untuk mengadsorpsi inhibitor korosi yang sesuai secara kimia berfungsi untuk mengurangi laju korosi logam di lingkungan yang korosif. Zat inhibisi ini meliputi oksigen, oksida logam, produk korosi, adsorban organik, dan
sebagainya. Selanjutnya, pasivasi menunjukkan kestabilan adsorbs kimia dan perawatan film protektif selama waktu tertentu. Pasivasi merupakan metoda relative sederhana dari proteksi logam terhadap korosi lunak atau lingkungan yang spesifik dan mempunyai tiga penerapan, adalah: 1. menstabilkan adanya film oksida terhadap oksidasi atmosfer selanjutnya yang berwarna putih produk oksidanya, misalnya timah dan seng. 2. meminimalkan perubahan permukaan, misalnya pelapisan timah 3. memperbaiki daya rekat (adesif) cat dan pernis, misalnya coating seng secara galvanisasi atau pelapisan timah pada kaleng. Pasivasi dapat dicapai melalui tiga cara: 1. Pasivasi mekanik disebabkan oleh suatu pembentukan lapisan penghalang sebagai produk korosi antara logam dengan elektrolit dan korosi selanjutnya, misaalnya korosi besi dalam larutan soda kaustik 40% pada suhu 70°C bila bentuk lapisan Fe3O4. 2. pasivasi kimia disebabkan oleh adsorpsi suatu logam atau oksida logam yang membentuk film permukaan yang stabil, misalnya kromatisasi 3. Anodik atau pasivasi secara elektrokimia bila oksida logam dapat dibentuk dengan pengaturan kondisi yang dapat dibuat perlakuan akhir secara sederhana. Keadaan pasif tidak diasumsikan sebagai salah satu kondisi tidak terjadi korosi, tetapi merupakan reaksi pembentukan fim pasif sebagaipenghalang pengendalian laju difusi, maka laju pelarutan logamditunjukkan kembali dengan arus sekitar 10-10a/cm2. Pembentukan beberapa oksida pada logam dapat lebih baik dipasivasikan atau diaktivasi dapat bergantung adanya ion pengompleks atau depasivasi seperti ion klorida (Cl-). Variabel utama lingkungan adalah pH dan potensial. Faurbaix telah menggunakan kenyataan ini untuk mengembangkan diagram pH potensial sebagai suatu indikasi kondisi film pasif terbentuk. Gambar 7.1. memberikan tiga diagram untukkrom dalam berbagai lingkungan, 1a dalam lingkungan aqueous pada 25°C dan diasumsikan terbentuk hidroksida, 1b krom dalam kondisi yang sama dengan pembentukan krom oksida, dan 1c adanya ion klorida dan daerah pasif diperkecil. Diagram tersbut dpat diaplikasikan untuk sifat logam krom, daerah pasif dengan film pasifnya merupakan campuran oksida.
Gambar 7.1.Diagram Pourbaix untuk Krom
7.3.1. Anodisasi Aluminium Anodisasi adalah proses pembentukan lapisan tipis (film) oksida pada permukaan benda kerja. Lapisan ini bertujuan untuk memberikan perlindungan terhadap logam aluminium dari reaksi korosi. Proses anodisasi ini merupakan proses elektrolisis dengan aluminium ditempatkan sebagai anoda. produk proses anodisasi ini mempunyai peranan penting dalam industri manufaktur, seperti industri pesawat terbang, industri mesin dan masih banyak lagi industri yang memerlukan proses anodisasi.
Mekanisme Pembentukan Oksida Mekanisme pembentukan lapisan oksida belum diketahui dengan pasti, tetapi reaksi oksidasi aluminium adalah sebagai berikut: 4Al + 3O2 = Al2O3 Kemungkinan tahap reaksi anodisasi
Tahapan reaksi anodisasi oksidasi elektrolitik yang mengubah logam aluminium menjadi ion.
Tahapan reaksi ion dengan oksigen yang dibawa dalam bentuk ion (OH- atau O2) pada antar muka sehingga membentuk lapisan aluminium oksida yang menempel pada permukaan anoda.
Tahapan terakhir merupakan peristiwa pelarutan kembali sebagian oksida tersebut oleh asam sehingga membentuk lapisan akhir yang terlapisi. Secara skematis tahapan reaksi diatas dapat dijabarkan sebagai berikut: OH- pelarutan Al Al3+ Al2O3 lapisan Al2O3 akhir O2 Reaksi elektrodik, apabila proses anodisasi menggunakan larutan elektrolit H2SO4 yaitu: H2SO4 = 2H+ + SO42Pada katoda (Pb, Al, anoda tak larut): 2H+ + 2e = H2 E°= 0,0 Volt
2H2O + 2e + O2 = 4OHE°= 0,4 Volt Pada anoda Al: 2H2O = O2 + 4H+ + 4e Al = Al3+ + 3e E°= 1,66 Volt Reaksi pembentukan oksida: 2Al3+ + 3OH- = Al2O3 + 3H+ Reaksi total: 2Al + O2 + H2O = Al2O3 + H2
G° = -33,985 kkal G° = -320,080 kkal H° = -260,536 kkal
Proses anodisasi aluminium menggunakan elektrolit yang melarutkan oksida logam, sehingga akan terbentuk suatu lapisan oksida yang hamper tidak berpori dan sangat tipis. Lapisan oksida semacam ini disebut lapisan penghalang arus. Apabila lapisan penghalang ini sudah terbentuk, maka lapisan ini akan semakin menebal dan mengakibatkan aliran arus listrik terbentuk, tetapi bila lapisan oksidanya banyak porinya, maka hal tersebut tidak akan terjadi. Lapisan oksida yang banyak porinya, ketebalannya hanya perpuluhan mikrommeter, yaitu dapat mencapai 0,17 mm. Kerapatan porositas bervariasi tergantung pada kondisi anod isasi, tetapi porositas terbesar mempunyai jarak 6-80.109 pori/cm2, diameter pori sekitar 100-300 A°. Komposisi film terutama adalah Al2O3, meskipun telah sealing dalam air mendidih komposisinya menjadi 70% Al2O3, 17% H2O, 13% sisa anodisasi seperti sulfat atau kromat. Untuk proteksi, ketebalan film dibutuhkan 525m. Teori struktur film oksida bergantung pada observasi percobaan
ketebalan film oksida hanya dapat terbentuk dalam elektrolit tertentu
total porositas film digambarkan kembali sekitar 45% dari volum film
film awal adalah rapat, tetapi menjadi kurang rapat pada pertumbuhan film
ketebalan film pada awalnya bertambah sesuai dengan jumlah secara teori, kemudian turun dengan waktu akibat efisiensi arus turun dan tegangan naik Secara skematis, lapisan oksida di permukaan logam aluminium dapat ditunjukkan seperti Gambar 7.2. berikut.
Gambar 7.2. Lapisan oksida dari aluminium
Pembentukan aluminium oksida pada permukaan anoda aluminium akan semakin besar, bila arus dan waktu proses cukup lama, secara kuantitatif massa lapisan iksida yang terbentuk dapat dirumuskan: Mr.Al2O3.i .t m=
dengan:
nF
I = rapat arus n = jumlah mol electron yang terlibat t = waktu dalam detik Mr = masa rumus relatif F = bilangan Faraday m = massa lapisan dalam gram
Proses Anodisasi Secara sederhana proses anodisasi dapat ditunjukkan seperti diagram pada Gambar 7.3 berikut.
Pencucian lemak (Degreasing)
Pembilasan (Rinsing)
Pengetsaan (Etching) asam dan alkali
Pembilasan (Rinsing)
Brightener Dip (Pembersihan secara kimia)
Pembilasan (Rinsing)
Proses Anodisasi
Pembilasan
Pewarnaan
Sealing
Pengemasan
Gambar 7.3. Diagram Proses Anodisasi
Peralatan Pr oses A nodisasi Peralatan yang digunakan dalam proses anodisasi meliputu hal berikut: Rectifier merupakan sumber arus listrik searah (DC). Katoda dan anoda, katoda berfungsi sebagai penghantar listrik dan tidak larut selama proses. Katoda yang dapat digunakan adalah Pb dan Grafit, SS, baja dan Al tergantung elektrolit. Rak merupakan tempat prosuk hasil anodisasi, biasanya dari Al, paduan Al, Ti dan Ti yang dilapisi Al. Bak (tangki) merupakan tempat larutan elektrolit, larutan pencuci. Secara sederhana peralatan proses anodisasi dapat ditunjukkan seperti Gambar 7.4. berikut.
Gambar 7.4. Peralatan Proses Anodisasi
Proses Persi apan Benda Kerja Persiapan benda kerja dapat dilakukan dengan metode berikut. a. Pembersihan Lemak untuk Logam Aluminium
Surface active agent : soap, soapless-soap, T (20-80°C), t seperlunya
Proses asam sulfat : asam sulfat (5-20%), T (60-80°), t (30-180 detik)
Electronic degreasing : NaOH (1-2%), suhu kamar, t (30 detik), rapat arus (4-8 A/dm+), kemudian lakukan netralisasi dengan HNO3 10-15%.
Alkali : NaOH (5-20%), T (40-80°C), t (15-60 detik), kemudian netralisasi dengan HNO3 10-15%.
Garam-alkali : soda ash [Na2CO3 (10%), Na2SiO3 (2%), NaCN (2%)] atau [Na2CO3 (5%), Na2HPO4 (15%), T (30-80°C), t (30-180 detik)
b. Proses Pengetsaan
b.1. Etsa dengan asam
Asam nitrat-hidrofluorat : HNO3 (5-25%), HF (1-5%), CuSO4 (0,25%), T (20-35°C), t (2-5 menit).
Asam sulfat : asam sulfat (90 gpl), T (70-90°C), t (1-5 menit).
Asam sulfat-kromat : H2SO4 (3-15%), CrO3 (2-10%), T (60-75°C), t (0,5-2 menit).
Asam-sulfat nitrat : H2SO4, (10%), HNO3 (10%), T suhu kamar, t (20-40 detik). b2. Etsa dengan alkali Natrium hidroksida : NaOH (10-25%), T (50-90°C), t (20-120 detik), kemudian dinetralisasi dengan HNO3 15-50%.
Soda kaustik-pospat : NaOH (3-8%), Na3PO4 (5-10%), T (55-80°C), t seperlunya.
Kaustik kromat : NaOH (7,50%), natrium silicon fluoride (2%), NaCrO4 (0,50%), T (50-70°C), t (1-10 menit).
Larutan E lektrolit untuk Proses Anodisasi Larutan elektrolit untuk proses anodisasi dapat menggunakan larutan berikut ini. Larutan kromat (banyak dipakai untuk menganodisasi alat pesawat terbang dan lapisan oksidanya lebih tahan korosi dibandingkan dengan proses asam sulfat). Larutan kromat-sulfat : CrO3 (50,25 -100,50 gpl), NaCl (0,20 gpl), asam sulfat (0,50 gpl), Kondisi operasi: T (35°C), rapat arus (0,1-0,54 A/dm2), t (1-10 menit), V (40 volt). 2 Larutan asam kromat : CrO3 (100 gpl), Kondisi operasi: T (35°C), rapat arus (0,1-1,8 A/dm ), t (30 menit), V (40 volt), agitasi udara. Larutan asam sulfat : asam sulfat (15-18%), Kondisi operasi: T (20-28°C), rapat arus (0,2-1,4 A/dm2), t (10-30 menit), V (14-24 volt), agitasi udara. Produk oksidanya lebih transparan dan keras. Nikel-sulfat: asam sulfat (200 gpl), Ni-sulfat (10 gpl). Kondisi operasi: T (20°C), rapat arus (1,2 A/dm2), t (20 menit). Asam fosfat : asam orthofosfat (108,7 gpl). Kondisi operasi: T (20-28°C), rapat arus (1,2-1,5 A/dm2), t (10-40 menit).
Pengerasan L apisan Oksida Lapisan oksida yang terbentuk di permukaan logam aluminium dapat dilakukan pengerasan dengan metoda berikut ini. a. Dengan air panas Pengerasan lapisan oksida pada aluminium yang telah mengalami proses anodisasi dilakukan dengan air panas. Aluminium oksida akan bereaksi dengan air membentuk bochmat. Al2O3 + H2O = 2AlOOH Reaksi ini akan berjalan baik pada pH 5,5- 6,5. A gar pH air dapat dikontrol, perlu ditambahkan natrium asetat dan asam asetat. b. Dengan uap air panas
Pengerasan lapisan oksida dapat juga dilakukan dengan uap air panas. Dengan cara ini terbentuk selaput bochmat pada lapisan oksidanya. Cara pengerasan lapisan oksida dengan uap air panas dapat menghindari terlarutnya kembali sebagian zat pewarna. c. Dengan zat lain Pengerasan lapisan oksida dapat juga dilakukan dengan larutan elektrolit seperti natrium asetat, bikromat, silikat, dan sebagainya.
Pewarnaan Lapisan Oksida Pewarnaan hasil proses anodisasi bertujuan untuk dekoratif, sehingga permukaan logam menjadi lebih indah dan menarik. Zat warna dapat diserapkan ke dalam pori-pori lapisan oksida. Hal ini dimaksudkan supaya lebih tahan lama dan tidak mudah hilang akibat sinar matahari. Zat wana yang digunakan dapat berupa zat warna organik maupun anorganik. a. Zat warna organik Setelah proses anodisasi dan dicuci dengan air, lapisan oksidasi pada permukaan aluminium dapat diberi warna dengan mencelupkan ke dalam larutan zat warna organik pada temperatur ±65°C. Pelarut zat warna ini tidak harus air tetapi dapat juga pel arut organik seperti alcohol, benzene, dst. Kadar zat warna dan pH larutan disesuaikan dengan jenis zat yang diinginkan. b. Zat warna anorganik Beberapa zat warna anorganik dapat diserap ke dalam pori-pori oleh larutan lainnya. Karena itu, ada dua tahap dalam proses pewarna ini. Tahap 1 : menyerapkan zat warna organik dalam pori-pori lapisan oksida. Tahap 2 : mengendapkan zat organik dalam pori-pori dengan larutan pengendapnya. Contoh: tahap 1 dalam larutan kalium ferrosianida, tahap 2 dalam larutan ferri nitrat, makan akan diperoleh endapan ferri-ferro sianida yang berwarna biru. c. Pengendapan logam Pewarnaan dapat juga dilakukan dengan menggunakan garam logam. Garam-garam ini diserapkan ke dalam pori-pori lapisan oksida. Logam garam tersebut diendapkan secara elektrolitik. Logam-logam yang dapat diendapkan dengan cara ini adalah nikel, kobalt, timah, besi, tembaga, dst. Logam aluminium yang dikerjakan secara ini akan lebih tahan terhadap panas dan keadaan. Tabel 7.2 Zat Warna Organik Bahan Pewarna
Kode BP
Kont. (gpl)
pH
Tebal Lap. ( m)
Golden orange Orange Brass Yellow Gold Copper Red Violet
2RL GL NGW MO 2RLW RLW CLW
5 6 0,20 0,30 5 6 1,5
4 - 5,5 5 – 8 5 – 8 5,5 – 6,5 5,5 – 6,5 4 – 8,5 3,3 – 4
6 – 7 6 – 7 8 4 – 6 9 – 10 7 – 8 7 – 8
Blue Green Olive Brown Bronze Black Deep Black
4LW GLW 2RW LLW LLW MLW
5,5 8 5 3 10 10
3 – 4,5 4,5 – 5,5 5,5 – 6 5,5 – 6 3,5 – 4,5 3,5 – 4,5
7 – 8 10 – 12 9 – 10 9 – 10 15 – 20 15 – 20
7.3.2. Kromatisasi kromatisasi melibatkan pembentukan lapisan tipis (film) campuran logam-kromoksida yang pasif. Komposisi lapisn tipis (film) dapat sangat tidak terbatas, tetapi dapat men dekati krom oksida hidrat (Cr 2O3.xH2O) atau krom hidroksida [Cr(OH)3. Cr(OH).CrO4] dan biasanya, berwarna kuning atau dapat berwarna lain jika mengandung kromat basa. Pembentukan film kromat diawali dengan pelapis permukaan benda kerja (logam dan oksida logam) dan masuk permukaan pelarutan. Larutan kromatisasi biasanya berisi suatu anion aktivasi seperti klorida dan sulfat. Proses ini adalah sesuai untuk logam Al, Cu, Zn, Mg, Ag yang ketebalan filmnya mulai 0,1 sampai 10-3 mm dapat dikembangkan atau tanpa lapisan pasif. Hal ini tidak tahan terhadap korosi, tetapi dapat digunakan sebagai pretreatment finishing organic.
Aluminium Proses pasivasi Aluminium melibatkan pelarutan logam dan mengacu pada diagram Paurbaix Gambar 7.1. Hal tersebut dapat menjadi jelas bahwa kromatisasi kemungkinan melalui kedua elektrolit asam dan alkali, meskipun lapisan tipis (film) pasif harus didasarkan pada boh mit. Secara normal, film pasif berpori, tetapi kedua larutan kromat dan fosfat, film dapat terbentuk tidak berpori dengan pemanasan sampai temperatur diatas 70°C bayerit dihidrat menjadi bohmit. Film dengan ketebalan 1-2 m dapat tumbuh selama waktu 15-30 menit dengan penambahan NaOH. Suhu operasi dapat ditutunkan (misalnya untuk 65°C untuk 3,5 gpl atau 35°C untuk 7,0 gpl). Penggunaan silikat dan fosfat memperkecil porositas dan bertindak sebagai pengaktif yang efektif, dengan penambahan natrium hidrofosfat (Na2HPO4). PH operasi adalah kritik karena secara awal membentuk hidroksida dan mengendap pada permukaan logam sebagai bayerit. Al + 3H2O = Al (OH)3 + 3/2 H2 Al(OH)3 = Al2O3.3H2O Kelebihan ion hidroksil akan bereaksi dengan hidroksida membentuk ion kompleks aluminat. Al(OH)3 + OH- = Al(OH)63Pelarutan Al dapat dipercepat dengan penambahan oksidator yang terpolarisasi secara efektif, tetapi hydrogen diperlukan untuk mengendapkan basa kromat. 3/2 H2 + CrO42- = CrO.OH + 2 OHatau 3/2 H2 + CrO42- + H2O = Cr(OH)3 + 2OHFilm yang dihasilakn merupakan 75% bohmit dan 25% basa kromat.
Larutan asam seperti tipe kromat-fluorida atau kromat-fosfat menghasilkan film tipis, transparan dengan ketebalan 0,1-1,0 m, sedangkan dengan ketebalan 1-5 m berwarna hijau gelap. Secara umum, larutan kromat-fluorida dapat diaplikasikan dengan pencelupan atau penyemprotan dengan warna film diatur oleh waktu dan temperatur operasi, yang juga mempengaruhi ketebalan lapisan (Gambar 7.5). Komposisi larutan tidak kritik, tetapi kelebihan activator dalam larutan, seperti fluoride dapat terjadi pembentukan tepung film meskipun dapat menghibisi kromatisasi. Pengaruh fluoride adalah untuk memungkinkan aluminium larutan awal bila dioksidasi, oksidator masuk ke dalam pembentukan kembali Al2O3. Dalam larutan alkali, pembentukan film kromat tergantung pada pmbebasan gas hydrogen, maka tahap pertama harus ada pelarutan aluminium. Film tidak keras atau tahan aus, tetapi memberikan ikatan adesif yang bagus untuk coating cat dan pernis. Film lebih tebal dapat dicapai dengan penambahan konsentrasi ion hidroksil dan kromat, tetapi untuk larutan yang mengandung fosfat menyebabkan AlPO4 yang dapat memperbaiki sifatnya.
Gambar 7.5. Variasi berat dan warna coating dengan waktu dan temperatur untuk perlakuan Al dalam larutan kromat-fluorida
Magnesium Seperti dalam kasus Al, kromatisasi mentsbilkan fim oksida pada permukaan magnesium dan telah diterapkan untuk tuang dan dibuat paduan. Pembersihan permukaan adalah cukup penting. Pembersihandan kromatisasi tuang menghasilkan pengukuran kerak yang signifikan, yang dapat dikurangi dengan penerapan coating cat. Larutan dikromat (misalnya Na2Cr 2O7 75 gpl dan SeO2 30 gpl) adalah paling baik, tetapi harus digunakan dalam kondisi panas selama 1 menit. Sehingga untuk tuang, larutan dingin adalah lebih baik, dan didasarkan pada asam nitrat (misal : HNO3 25 mL/L, CrO3 280 gpl, dan HF 8
mL/L). Untuk ketahanan korosi dalam air laut, larutan dasar klorida dapat digunakan (NaCl 20120 gpl, NaNO3 10 gpl dan pH <1). Seng dan Kadmium Perlakuan kromat dapat diaplikasikan untuk pengendapan secara listrik dan tuang pada seng untuk mencegah pengusaman menjadi abu-abu di industri atmosfer dan mengurangi pembentukan oksida di lingkungan laut. Dalam kasus cadmium, yang dapat menempatkan kembali seng seperti coating untuk aplikasi dekoratif, perawatan kilapan, penampakan daya tarik. Secara umum, keperluan memperoleh sifat adesif yang baik untuk vernis dan coat tidak penting karena perlakuan fosfatasi adalah lebih baik. Perlakuan terbaik adalah proses “Cronak” yang did asarkan pada kromat (Na2Cr 2O7 200 gpl dan H2SO4 5-6 ml/L) yang menghasilkan film kuning coklat setelah perlakuan 1-10 detik. Larutan asam tipe ini digunakan pada pH 1-4, maka laju pelarutan seng turun dan laju coating kromat diminimalkan (Gambar 7.6). Hal ini disebabkan pelarutan seng merupakan tahap awal cukup penting dengan pH optimum 1,2-1,6 dan mekanismenya melalui tiga tahap. 1. Seng larut oleh asam dikromat, kemudian pH naik di sekitar permukaan logam. Zn + 2H2Cr 2O7 = Zn2+ + 2HCr 2O7- + H2 2. Kenaikan pH berikut beberapa pengendapan hidroksida menyebabkan ion kromat menjadi lebih stabil 2HCr 2O7- + 3H2 = 2Cr(OH)3 + OH2HCr 2O7- + H2O = 2CrO4 + 3H+ 3. Film krom basa kromat terbentuk di permukaan logam 2 Cr(OH)3 + CrO42- + 2H+ = Cr(OH)3.CrOH.CrO4 + 2H2O
Gambar 7.6. Pengambilan logam dan berat coating bertambah selama kromatisasi seng sebagai fungsi pH
Serangan awal permukaan seng digambarkan kembali dalam suatu lapisan kira-kira dua lapisan, maka secara jelas proses tidak dapat diterapkan untuk pengendapan secara listrik karena lapisan sangat tipis. Mekanisme tersebut menjelaskan hasil pengamatan bahwa ada sedikit atau tidak ada seng klorida di permukaan film, hal ini menunjukkan perbedaan karakter dari film kromat pada aluminium, meskipun mereka dapat mengandung hidrat air cukup besar. Perlakuan kromat menghasilkan film kunign, tetapi hasil film yang tidak berwarna lebih menguntungkan. Penggunaan larutan asam komat (CrO3 5-15 gpl dan H2SO4 3-5 gpl) memungkinkan film transparan untuk menghasilakn film yang seperti pelangi, tetapi film seperti ini adalah untuk dekoratif daripada protektif. 7.3.3. Fosfatasi pada Baja Logam besi atau baja karbon merupakan logam yang rentan terhadap korosi. Untuk menanggulanginya, maka logam besi atau baja sebelum dilakukan pengecatan lebih dahulu dilakukan proses fosfatasi. Fosfatasi adalah pembentukan lapisandi permukaan logam untuk melindungi korosi. Lapisan ini sering digunakan sebagai lapisan primer pada pengecatan. Proses fosfatasi dapat dilakukan pada logam besi, seng, aluminium dan mangan. Umumnya, penerapan proses fosfatasi adalah untuk benda kerja besi atau baja, dan penerapan yang penting untuk seng adalah proses galvanisasi. Perlakuan fosfatasi yang paling sederhana adalah menggunakan asam fosfat encer untuk permukaan besi dan baja. Baja ayau besi yang akan difosfatasi, perlu dilakukan pretreatment dengan larutan kromat. Proses fosfatasi dikembangkan pertama kali menggunakan seng fosfat (Cosletizing), mangan hidrofosfat (Parkerizing). Sesuai dengan perkembangan proses fosfatasi ditambahkan zat yang berfungsi untuk memperpendek waktu proses, yaitu dengan menambahkan tenaga atau nitrat. Penambahan nitrat pada larutan untuk proses fosfatasi dapat memperpndek waktu dari 30 menit menjadi 5 menit. Proses operasi fosfatasi dapat diturunkan temperaturnya dengan menambahkan ester asam lemak dan garam ke dalam larutan proses. Proses fosfatasi untuk baja dan seng dapat menggunakan larutan proses yang sama, tetapi untuk aluminium perlu ditambahkan bahan pengompleks seperti fluorida. Lapisan (coating) yang dihasilkan pada proses fosfatasi merupakan seng fosfat atau kromat-fosfat yang pada pretreatment ditambahkan asam fluoride pada larutan proses. Mekanisme pembentukan coating di permukaan logam pada proses fosfatasi melalui tiga tahap. 1. Proses pelarutan logam sesuai persamaan reaksi: M + 2 H3PO4 = M(H2PO4)2 + H2 Tahap ini, proses dapat berlangsung baik pada pH 2-4. Dengan adanya oksidator akan mempercepat depolarisasi reaksi tersebut (H2H2O) dan pembentukan senyawa fosfat primer yang larut sebagai pengendali laju reaksi. Oksidator yang dapat terlibat antara lain: klorat, nitrat, perklorat, peroksida dan ion logam. Hal ini dapat mempercepat pelarutan dengan pengendapan galvanik. 2. Proses pengendapan senyawa fosfat sekunder yang diakibatkan oleh kenaikan pH larutan M (H2PO4)2 = MHPO4 + H3PO4
3. Proses pembentukan fosfat tersier, yang disebabkan o leh pH larutan yang terus naik 3M (H2PO4)2 = M3(PO4)2 + 4H3PO4 atau 3MHPO4 = M3(PO4)2 + H3PO4 Pada kesetimbangan terjadi perbandingan antara total zat : asam bebas = 7 : 1. Apabila larutan berada pada kondisi ini, maka reaksi berlangsung dengan cepat, tetapi oksidator dapat mengoksidasi ferro menjadi ferri, sehingga ferri fosfat yang terbentuk dapat mengendap secara langsung. Dengan demikian, produk coatingnya antara lain Fe3(PO4)2.8H2O dan Fe3O4. Untuk logam seng atau mangan, produknya antara lain adalah Zn2Fe(PO4)2.4H2O dan Zn3(PO4)2.4H2O fosfat tidak akan terbentuk di permukaan logam. 3 Zn (H2PO4)2 = x H3PO4 + (4 + x) Fe = Zn3 (PO4)2 + (4 + x) FePO4 + 3/2 (4 + x) H2 Fosfatasi bertujuan untuk dasar cat, pelumasan saat proses [enarikan barang, dan tahan korosi. Oleh karena itu proses fosfatasi banyak digunakan pada industri konstruksi sampai automotif, misalnya untuk car bodise, refrigenerators, office furniture, sepeda dan sebagainya. 7.3.4. Latihan Jawablah pertanyaan berikut. 1. Jelaskan apa perbedaan antara proses anodisasi dengan electroplating! 2. Apa yang dimaksud dengan a). anodisasi; b). kromatisasi; c). fosfatasi? 3. Jelaskan mekanisme pembentukan oksidasi pada proses anodisasi Al! 4. Jelaskan tahapan proses anodisasi Al! 5. Jelaskan fungsi sealing pada proses anodisasi Al! 6. Jelaskan proses kromatisasi! 7. Jelaskan mekanisme pembentukan lapisan kromat di permukaan logam! 8. Jelaskan proses fosfatasi pada baja karbon! 9. Jelaskan mekanisme pembentukan lapisan fosfat di permukaan lo gam! 10. Jelaskan fungsi asam nitrat pada proses fosfatasi!
