PENGANTAR KOROSI dan PENGENDALIANNYA Korosi didefinsikan sebagai peristiwa penurunan mutu logam atau paduan logam akibat reaksi elektrokimia dengan lingkungannya .
Destructive result of electrochemical reaction between metal or alloy and its Environment
sheet
Mine
Iron ore (iron oxide)
Auto body (atmosphere)
Steel mill Reduction Refining C ti Casting Rolling Shaping
Underground Pipeline (Soil and water) pipe
Metallurgy in reverse
Rust
(hydrated iron oxide)
Dampak korosi meliputi : Dampak ekonomi ¾ Kerugian produksi d k selama l slm l idle dl ¾ Biaya perawatan tinggi. ¾ Effisiensi berkurang. ¾ Kontaminasi yg mempengaruhi produk. ¾ Overdesign Dampak Sosial ¾ Kehidupan. ¾ Safety/ keamanan
Significance of Corrosionon on Infrastructure
Engineer finds corrosion in collapsed bridge at North N h Carolina C li speedway (2000)
Significance of Corrosionon on Vehicles 1988 19-year 19 old ld B Boeing i 737 operated by Aloha Airlines lost a major portion of the upper fuselage in full flight g at 24000 ft The “pillowing” process in which the faying surfaces are forced apart is schematically illustrated in Fig. The prevalent corrosion product identified in corroded fuselage joints is hydrated alumina, Al(OH)3, with a particularly high volume expansion relative to aluminum. This build-up of voluminous corrosion products can lead to an undesirable increase in stress levels near critical fastener holes and subsequent fracture due to the high tensile stresses resulting from the “pillowing”.
Manakah yang digalvanis dan manakah yang dilapisi krom
Bagaimana Korosi terjadi Korosi (Perkaratan) merupakan reaksi redoks spontan antar logam dengan zat yang ada di sekitarnya dan menghasilkan senyawa yang tidak dikehendaki biasanya berupa oksida logam atau logam karbonat. y Mudah tidaknya suatu logam terkorosi dapat dipahami dari deret Volta ataupun nilai potensial elektrode standarnya, standarnya Eo. y
y
Sebagai contoh, logam besi (Fe) dengan potensial elektrode sebesar -0,44 lebih mudah terkorosi dibandingkan dengan logam emas yang memiliki potensial elektrode standar Eo sebesar +1,42.
Standard EMF Series
lebih ano odic
lebih cathodic
•
EMF series o Emetal metal Au +1.420 V Cu +0.340 Pb - 0.126 Sn - 0.136 Ni - 0.250 ΔV o = Co - 0.277 0.153V - 0.403 Cd Fe - 0.440 Cr - 0.744 - 0.763 Zn 0 763 Al - 1.662 Mg - 2.363 Na - 2.714 2 714 K - 2.924
•
Metal dengan lebih kecil o Emetal lebih mudah korosi.
•
Example : Cd Cd-Ni Ni cell E o< E o ∴ Cd terkorosi Ni Cd
-
Cd
+
25°C
Ni
1.0 M 1.0 M Cd 2+ solution Ni 2+ solution
9
Umumnya korosi logam melibatkan beberapa reaksi sbb: y 1. Reaksi oksidasi logam pada anode: L → L n+ + ney 2. Reaksi reduksi pada katode yang mungkin terjadi adalah: a. Reduksi ada dua kemungkinan g : i) Reduksi O2 menjadi ion OH- (kondisi netral atau basa) O2(aq) + H2O(I) + 2e- → 2OH-(aq) ii) Reduksi O2menjadi H2O (kondisi asam) O2(aq) + 4H+(aq) + 4e- → 2H2O(I) b. Evolusi/Pembentukan H2 2H+(aq) + 2e- → H2(g) c. Reduksi Ion Logam L3+(aq) + e- → L2+(aq) d Deposisi Logam d. L+(aq) + e- → L(s)
Perhatikan contoh reaksi korosi yang terjadi pada logam besi berikut:
yPada yDi
kondisi netral atau basa, ion Fe2+ dan OH- membentuk endapan Fe(OH)2.
udara, Fe(OH)2 tidak stabil dan membentuk Fe2O3 xH2O Ædisebut karat.
yPada
kondisi asam, banyaknya ion H+ memicu terjadinya reaksi reduksi lainnya yang juga berlangsung, yakni evolusi atau pembentukan hidrogen menurut persamaan reaksi: 2H+(aq) + 2e- → H2(g).
y Adanya
2 reaksi di katode pada kondisi asam menyebabkan lebih banyak logam besi yang teroksidasi.
yHal
ini menjelaskan mengapa korosi paku besi pada kondisi asam lebih besar daripada korosi dalam air
Faktor-FaktorYang Mempengaruhi Korosi Korosi pada permukaan suatu logam dapat dipercepat oleh : 1. Kontak Langsung logam dengan H2O dan O2 y Korosi pada permukaan logam merupakan proses yang mengandung reaksi redoks. y Reaksi yang terjadi ini merupakan sel Volta mini. sebagai contoh, korosi besi terjadi apabila ada oksigen (O2) dan air (H2O). y Logam besi tidaklah murni, melainkan mengandung campuran karbon yang menyebar secara tidak merata dalam logam tersebut. tersebut y Akibatnya menimbulkan perbedaan potensial listrik antara atom logam dengan atom karbon (C). Atom logam besi (Fe) bertindak sebagai g anode dan atom C sebagai g katode. y Oksigen dari udara yang larut dalam air akan tereduksi, sedangkan air sendiri berfungsi sebagai media tempat berlangsungnya reaksi redoks pada peristiwa korosi.
2. Keberadaan Zat Pengotor Zat Pengotor di permukaan logam dapat menyebabkan y terjadinya j y reaksi reduksi tambahan sehingga lebih banyak atom logam yang teroksidasi. Sebagai contoh, adanya tumpukan debu karbon dari hasil ppembakaran BBM ppada ppermukaan logam g mampu mempercepat reaksi reduksi gas oksigen pada permukaan logam. Dengan demikian peristiwa korosi semakin dipercepat.
3. Kontak dengan Elektrolit y Keberadaan elektrolit, seperti garam dalam air laut dapat mempercepat laju korosi dengan menambah terjadinya reaksi tambahan. y Sedangkan konsentrasi elektrolit yang besar dapat menambah laju aliran elektron sehingga korosi meningkat.
y y y y
y
4. Temperatur Temperatur mempengaruhi kecepatan reaksi redoks pada peristiwa korosi. Umumnya, semakin tinggi temperatur maka semakin cepat terjadinya korosi. Hal ini disebabkan dengan meningkatnya temperatur maka meningkat pula energi kinetik partikel sehingga kemungkinan terjadinya tumbukan efektif pada reaksi redoks semakin besar sehingga h l korosi laju k pada d logam l semakin k meningkat. k Efek korosi yang disebabkan oleh pengaruh temperatur dapat dilihat pada perkakas-perkakas atau mesin-mesin yang dalam pemakaiannya menimbulkan panas akibat gesekan (seperti cutting tools ) atau dikenai panas secara langsung (seperti mesin kendaraan bermotor).
5. Tingkat Keasaman (pH ) y Peristiwa korosi p pada kondisi asam, yyakni ppada kondisi pH < 7 semakin besar, karena adanya reaksi reduksi tambahan yang berlangsung pada y katode yaitu: 2H+(aq) + 2e- → H2 y Adanya reaksi reduksi tambahan pada katode menyebabkan lebih banyak atom logam yang teroksidasi sehingga laju korosi pada permukaan logam semakin besar.
6. Metalurgi y •6.a) Permukaan logam y Permukaan logam yang lebih kasar akan menimbulkan beda potensial dan memiliki kecenderungan untuk menjadi anode yang terkorosi. y
y
6.b) 6 b) Efek Galvanic Coupling y Kemurnian logam yang rendah mengindikasikan banyaknya atomatom unsur lain yang terdapat pada logam tersebut sehingga memicu terjadinya efek Galvanic Coupling , yakni timbulnya perbedaan potensial pada permukaan logam akibat perbedaan E E° antara atom-atom unsur logam yang berbeda dan terdapat pada permukaan logam dengan kemurnian rendah. y Efek ini memicu korosi pada permukaan logam melalui peningkatan reaksi oksidasi pada daerah anode. y
Standar EMF (Electromotive Force)
y y y
y
7. Mikroba Adanya koloni mikroba pada permukaan logam dapat menyebabkan b bk peningkatan i k k korosi i pada d logam. l Hal ini disebabkan karena mikroba tersebut mampu mendegradasi logam melalui reaksi redoks untuk memperoleh energi bagi keberlangsungan hidupnya. hidupnya Mikroba yang mampu menyebabkan korosi, antara lain: protozoa, bakteri besi mangan oksida, bakteri reduksi sulfat, dan bakteri oksidasi sulfur-sulfida. Thiobacillus thiooxidans Thiobacillus ferroxidans.
Macam--macam Korosi Macam Korosi Galvanis Korosi Regangan Korosi Batas Butir Dealloying/Selective Leaching Korosi Arus Liar Korosi Celah (Crevice Corrosion) Korosi Sumuran (Pitting Corrosion) Korosi Titik Embun Korosi Bakteri Korosi Kavitasi Korosi Erosi Korosi suhu tinggi Korosi Fretting
1 Karat 1. K Galvanis G l i Karat
galvanis merupakan proses pengkaratan elektro kimiawi apabila dua macam metal yang berbeda potensial dihubungkan (coupled) langsung di dalam elektrolit yang sama. sama Elektron mengalir dari metal yang kurang mulia (anodik) menuju ke metal yang lebih mulia (katodik). Metal anodik berubah menjadi ion-ion positif karena kehilangan elektron. Ion Ion-ion ion positif metal bereaksi dengan ion negatif yang berada di dalam elektrolit menjadi garam metal. Permukaan anoda kehilangan metal sehingga terbentuklah sumur-sumur sumur sumur karat atau serangan karat permukaan (Surface Attack).
GALVANIC SERIES Galvanic Series in Seawater (supplements Faraq Table 3.1 , page 65), EIT Review Manual, page 38-2
Tendency to be protected from corrosion corrosion, cathodic cathodic, more noble end Mercury Platinum Gold Zirconium Graphite Titanium Hastelloyy C Monel Stainless Steel (316-passive) Stainless Steel (304-passive) Stainless Steel (400-passive) Nickel (passive oxide) Silver Hastelloy 62Ni, 17Cr Silver solder Inconel 61Ni, 17Cr Aluminum (passive AI203) 70/30 copper-nickel 90/10 copper-nickel Bronze (copper/tin) Copper Brass (copper/zinc) Alum Bronze Admiralty Brass Nickel Naval Brass Tin Lead-tin Lead Hastelloy A Stainless Steel (active) 316 404 430 410 Lead Tin Solder Cast iron Low-carbon steel (mild steel) Manganese Uranium Aluminum Alloys Cadmium Aluminum Zinc Beryllium Magnesium
Note, positions of ss and d al** l**
M ki jjauh h lletak k llogam d l d Makin dalam deret galvanik makin parah korosi yang mungkin dialami oleh bahan yang lebih anodik. Penggunaan kombinasi logam yang terletak berjauhan pada deret galvanik tetap dilakukan tetapi anoda jauh lebih besar dari katoda. Ti, SS dan Al mengalami pemasifan karena terbentuknya selaput oksida mantap . (laju korosi berkurang, merupakan penyimpangan prediksi deret galvanik). K Korosii d dwilogam il di dimanfaatlkan f tlk untuk penanggulangan korosi (proteksi katodik, mengorbankan anoda secara sengaja, secreficial waster). Karena kondisi tertentu urutan logam-logam pada deret galvanik dapat berubah (misal : besi dan seng pada komponen baja galvanis pipa p p air m minum mp pada temperatur mp tinggi).
Galvanic
Big Cathode, Small Anode = Big Trouble
Gambar . Serangan galvanic disekitar baut
Gambar. Serangan korosi pada sambungan pipa baru dan pipa lama
P Penampakan k : Produk P d k korosi k i terdeposit/ t d it/ tertimbun t ti b pada d sambungan dua logam (pada logam yang lebih anodik dekat sambungan ) Akibat
: Serangan terhadap logam yang lebih anodik mengakibatkan kegagalan/kerusakan total yang disebabkan disintegrasi pada bagian yang anodik khususnya bila katoda >>> anoda
Contoh
: Alumunium - Copper Mild steel - Stainless steel ( (anodik) dik) (k t dik) (katodik)
Pencegahan dan Penanggulangan Kombinasi K bi i
llogam yang digandeng di d di diusahakan h k sedekat mungkin pada deret galvanik. Penyisipan logam ketiga, sehingga mengurangi efek galvanik. alvanik Mencegah terjadinya aliran arus listrik antara kedua logam dengan mengisolasi Anoda >>>> Katoda. Katoda Coatings Cegah lingkungan lembab pada sambungan.
Gambar Sambungan baut dan sambungan transisi
2. Karat Regangan Material
yang mengalami regangan (tarik maupun tekan) berada pada lingkungan korosif dapat mengalami kegagalan di bawah tegangan luluhnya. Kegagalan ini berupa retakan yang disebut retak karat regangan (stress corrosion cracking). Regangan internal disebabkan ◦ Pembentukan dingin (cold forming) pengerjaan g j (residual), ( ) seperti p ppengelingan, g g ◦ Sisa hasil p pengepresan, dll.
Untuk
material kuningan (brass) disebut Season cracking pada Low carbon steel disebut caustic cracking, embrittlement (kerapuhan basa)
Stress Corrosion Cracking, SCC
Zat penyebab karat dan kondisi lingkungan penyebab RKR Si Sistem P Paduan d
Li k Lingkungan
Paduan Aluminium
Klorida, Udara industri yang lembab, Udara laut
Paduan Tembaga
Ion amonium, Amine
Paduan Nikel
Hidroksida terkonsentrasi dan panas, Uap asam hidrofuorida
Baja karbon rendah
Hidroksida dan nitrat terkonsentrasi dan mendidih, Produk penyulingan
Baja ‘Oil-country/Oil field’
H2S dan CO2
Baja j ppaduan rendah berkekuatan tinggi gg
Klorida
Baja tahan karat Baja austenitik (seri 300)
Klorida mendidih, hidroksida terkonsentrasi dan mendidih, asam politionik
Baja ferritik dan Baja Martensit (seri 400)
Klorida, air pendingin reaktor
Baja maraging (18%Ni)
Klorida
Paduan Titanium
Klorida, metil alkohol Klorida alkohol, klorida padat suhu diatas 5500C
Mekanisme Retak Karat Regangan Faktor
Elektrokimia Faktor ini terjadi bila material terdapat bagian anodik dan katodik serta berada dalam larutan penghantar arus (elektrolit).
◦ Bagian katodik, berupa selapis film oksida logam atau t kkotoran t /i /impurity it dalam d l material t i l ◦ Bagian anodik, metal dibawah film oksida yang terkelupas, batas butir dimana terjadi k tid kt t kristal ketidaktepatan k i t l metal t l atau t komposisi k i i metal t l pada permukaan yang heterogen
Faktor
Mekanis P d ujung Pada j retakk terjadi j di konsentrasi k i regangan. Retak mekanis memecahkan lapisan g anodik ke film oksida dan membuka bagian elektrolit sehingga terjadi sel korosi.
3. Korosi Batas Butir
Komposisi struktur logam yang tidak seragam membentuk sel korosi menimbulkan efek galvanik. ` Penyebab ketidakseragaman komposisi atau struktur Iogam : `
◦ Cacat volume akibat proses produksi ◦ Cacat batas butir akibat proses pembekuan ◦ Cacat dislokasi atau cacat titik
`
`
`
` `
Atom berada pada tingkat energi thermodinamik terendah apabila menempati kedudukan dalam kisi kristal yang sempurna. Atom yang berada pada kedudukan kisi kristal yang tidak p mempunyai p y energi g bebas p positif y yang g berarti lebih sempurna mungkin k menderita d serangan korosi. k Apabila jumlah atom pada kisi cacat jauh lebih kecil dibandingkan jumlah atom pada kisi normal akan terjadi korosi Iokal yang dalam (selective attack) yang sangat berbahaya khususnya pada konstruksi yang mengalami tekanan atau tegangan. Proses pengetsaan (etching) sebenarnya merupakan proses korosi batas butir (bermanfaat ). ) Batas butir merupakan tempat pengendapan (precipitation) dan tempat pemisahan (segregation).
Intergranular Corrosion along grain boundaries, often where precipitate particles form. p
`
Chromium memberikan sifat nirkarat apabila kandungnnya lebih dari 12 %. Akibat pembentukan chromium carbida mengurangi porsi chromium hingga kurang dari 12 % sehingga tidak nirkarat lagi.
`
Kegagalan kemungkinan terjadi apabila penggunaan bahan melibatkan proses pemanasan, contoh : pengelasan baja nirkarat austenitik dapat mengakibatkan peluruhan las akibat pemekaan dan terjadi pada rentang suhu 300 - 320˚ C (apabila sudah ada i ti chromium inti h i k bid pada karbida d batas b t butir). b ti )
`
Stabilished Stainless stell baja nirkarat yang dimantapkan tidak rentan terhadap korosi intergranular. Stabilised Stainless steel merupakan k baja b j nirkarat i k t yang dipadukan di d k dengan d tit i titanium atau t niobium atau kolombium. sebanyak 5-10 x carbon. unsur-unsur ini akan terlebih dahulu membentuk karbida sehingga mengindari terbentuknya chromium carbida. carbida
`
Cara mengurangi kerentanan baja nirkarat terhadap korosi : ◦ Penggunaan baja carbon rendah (misal 3041) ◦ Perlakuan P l k panas pasca pengelasan l ◦ Penambahan Titanium dan Niubium
4. Dealloying/Selective Leaching (Karat Pelarutan Selektif) y
y
y
Peluruhan selektif adalah pelepasan sebuah unsur dari paduan yang berefek logam berpori (bila peluruhan terjadi pada seluruh permukaan) atau terjadi lobang (apabila terjadi secara lokal) Zat komponen yang larut selalu bersifat anodik terhadap komponen yang lain (matrik). Secara visual tampak perubahan warna pada permukaan paduan, paduan namun tidak tampak adanya kehilangan materi berupa takik, perubahan dimensi, retak, atau alur. Bentuk permukaan tetap tidak berubah termasuk kehalusannya. y Namun berat jjenisnya y berkurang, g berpori-pori p p dan kehilangan sifat mekanisnya seperti menjadi getas dan kekuatan tariknya sangat rendah. Contoh p peluruhan selektif : ◦ Lepasnya seng dari kuningan (dezincification) ◦ Lepasnya Nikel dari paduan tembaga (denickelification) ◦ Lepasnya alumunium dari paduan tembaga (deaIumunification) ◦ Lepasnya timah dari paduan temb aga (destannification)
Selective Leaching Preferred corrosion of one element/constituent [ [e.g., Zn Z from f brass b (Cu-Zn)]. (C Z )] Dezincification.
4.1.Dezincification ` `
Pelarutan P l seng dari d i metall paduan d brass b yang merupakan k paduan tembaga dengan seng antara 10 sampai 40 %. Ciri-ciri: ◦ Perubahan warna dari kekuningan menjadi merah tembaga. Terjadi pada kuningan dengan kadar seng > 20% (Yellow brass)
`
Faktor penyebab korosi ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦
`
Menggunakan air lunak dengan kandungan zat CO2 tinggi. Suhu lingkungan tinggi Kandungan klorida dalam air tinggi Kecepatan aliran rendah Celah-celah sempit Terdapat endapan pada permukaan logam
Cara pencegahan
◦ Gunakan kuningan dengan kadar Zn rendah ( < 15 %) atau red brass. ◦ Kendalikan lingkungan agar tidak agresive p yang y g resistant misal: p paduan rase tunggal gg (Zn<37% ◦ Gunakan paduan + 1% Sn, As,.Sb, Pb) ◦ Gunakan proteksi katodik
4.2. Grafitisasi (Graphitization) ` `
`
`
Grafitisasi adalah pelarutan logam ferrum dari logam besi karbon (Gray cast iron) Proses grafitisasi berlangsung secara merata dari permukaan ke dalam material dan meninggalkan matrik yang keropos berupa karbon dan grafit. Besi cor yang ang terserang grafitisasi dapat ber berubah bah menjadi bahan pensil tulis yang baik. Proses grafitisasi terjadi pada ◦ Air asin (air laut) ◦ Air tambang yang bersifat asam ◦ Dalam tanah yang mengadung sulfat dan bakteri pereduksi sulfat. Menambahkan unsur nikel dapat mengurangi kepekaan terhadap grafitisasi grafitisasi.
5. Crevice Corrosion (Karat Celah) Korosi celah adalah serangan yang terjadi karena sebagaian permukaan logam terhalang atau terasing dari lingkungan dibanding bagian lain logam yang menghadapi elektrolit dalam volume besar. Mula-mula ua ua e elektrolit e t o t mempunyai e pu ya komposisi o pos s se seragam, aga , sehingga korosi terjadi di seluruh permukaan logam yang terbuka baik di dalam maupun diluar celah. Pengambilan oksigen yang terlarut menyebabkan lebih banyak y lagi g difusi oksigen g dari p permukaan elektrolit yang kontak langsung dengan atmosfer.. Oksigen di permukaan logam yang berhadapan dengan sebagian besar elektrolit lebih mudah dikonsumsi ketimbang g yyang g terdapt p dalam celah.
Di dalam celah, kekurangan oksigen menghalangi proses katodik sehingga pembangkitan ion-ion hidroksil yang negatif dari tempat yang terkurung itu juga berkurang Produksi ion-ion positif yang berlebihan dalam celah menyebabkan ion-ion negatif dari elektrolit di luar celah terdifusi ke dalam celah guna mempertahankan keadaan dengan energi potensial yang minimum. Dengan hadirnya klorida, agaknya terbentuklah ion-ion kompleks antara klorida, ion-ion logam dan molekul-molekul air. Peningkatan konsentrasi ion hidrogen mempercepat proses pelarutan logam yang pada gilirannya membuat masalah semakin buruk. Demikian pula saat peningkatan k konsentrasi i anion i di dalam d l celah l h juga j memperburuk b k keadaan. k d Logam didalam celah terkorosi dengan cepat sementara bagian luarnya terlindung secara katodik.
Crevice Corrosion
6. Pitting Corrosion (Korosi Sumuran) Bila selembar baja lunak yang bersih dibiarkan kehujanan dalam beberapa hari akan terkorosi dengan cepat dan “karat” yang terbentuk berupa endapan keras, keropeng atau tonjolan-tonjolan bundar, pada bagian-bagian tertentu dimana titik-titik air menggenang lebih lama. lama Kalau “karat” karat dihilangkan akan dijumpai lubang-lubang di tempat yang semula tertutup hasil korosi.
Pembentukan sebuah ceruk didahului oleh korosi biasa di seluruh ppermukaan yyangg yang y g dibasahi oleh air menyebabkan y berkurangnya g y kandungan oksigen dalam elektrolit. Konsumsi oksigen pada reaksi katoda normal dalam larutan netral menyebabkan terjadinya gradien konsentrasi oksigen dalam elektrolit. Daerah basah yyangg bersebelahan dengan g udara atau antarmuka elektrolit menerima oksigen dari difusi lebih banyak ketimbang daerah di pusat tetesan air yang terletak paling jauh dari sumber pemasokan oksigen. Gradien konsentrasi daerah di tengah itu mengalami polarisasi anodik sehingga gg terlarut dengan g aktif: Fe Æ Fe2+ + 2e– Ion-ion hidroksil yang dibangkitkan di daerah katoda terdifusi ke arah dalam dan bereaksi dengan ion-ion besi yang terdifusi ke arah luar, sehingga gg terjadilah j pengendapan p g p produk p korosi tak dapat p larut di sekeliling cekungan, atau ceruk membentuk cincin karat . Selanjutnya menghambat difusi oksigen, mempercepat proses anodik di pusat tetesan dan menyebabkan reaksi bersifat otokatalitik.
Boiler tube
5th Century sword
304 stainless steel / acid chloride solution
7. Karat Arus Liar Serangan
karat arus liar adalah merasuknya arus searah secara liar (tidak disengaja) pada suatu kontruksi, kemudian meninggalkannya kembali menuju sumber arus. Pada P d titik dimana di arus meninggalkan i lk kontruksi k t ki akan terjadi serangan karat yang cukup serius gg dapat p merusak kontruksi tadi. sehingga Teknik pengendalian arus liar secara khusus melibatkan hubungan langsung antara struktur yang dilindungi dengan struktur yang terkena arus liar, atau dengan cara mengalihkan arah arus liar tersebut sehingga tidak mengganggu struktur t kt lain l i
Arus liar akibat kereta listrik yang melaju di samping atau berdekatan dengan pipa air minum di dalam tanah yang terbuat dari baja bergavanis atau baja berlapis beton sebelah dalam dan berbalut sebelah luar. Karat akan terjadi pada daerah keluarnya arus liar yang berasal dari rel kereta listrik tersebut. Tempat dimana arus liar masuk ke dalam pipa menjadi katoda, sedangkan dimana arus liar meninggalkan pipa menjadi anoda dan berkarat melubangi pipa.
Arus liar dari kereta listrik pada tiang-tiang pancang gedung tinggi yang terbuat dari pipa baja yang tidak dilindungi secara katodis. Pipapipa pancang ini akan rusak/keropos karena serangan karat arus liar ini.
Arus dari sistem perlindungan katodis jenis arus paksa (impressed current) pada suatu pipa tertentu, menjalar ke pipa lain yang tidak terlindungi yang berada di sekitar pipa tersebut. Tempat dimana arus pelindung meninggalkan pipa yang tidak dilindungi untuk kembali ke pipa yang dilindungi menjadi berkarat dan dapat membocorkan pipa yang tidak dilindungi.
Karat juga dapat terjadi pada kegiatan pertambangan atau pengelasan yang menggunakan arus searah.
8.Karat Titik Embun Faktor
utama proses karat atmosfer selain polusi adalah faktor kelembaban yang menyebabkan titik embun b (dew (d point)) atau kkondensasi. d Titik embun sangat korosif di daerah pantai dimana banyak partikel air asin yang terhembus angin dan mendarat d t di permukaan k metal, t l atau t kawasan k industri i d ti yang kaya dengan zat pencemar udara. Hujan pada hakekatnya membersihkan lapisan polutan pada permukaan metal sehingga mengurangi pengaruh pengkaratan, kecuali jika sisa air hujan tidak segera kering karena terperangkap di daerah terlindung atau celah. Pada saat jarang hujan, maka zat pencemar di permukaan logam tidak terbasuh sehingga sewaktu terjadi kondensasi air embun akan tercampur dengan zat p pencemar menjadi j larutan elektrolit yyangg sangat g baik.
Tingkat
◦ ◦ ◦ ◦
pengkaratan akan sangat ganas dipengaruhi oleh:
Keberadaan zat pengkarat (corrodent) C Cuaca yang relatif l tif di dingin i Kelembaban yang tinggi (diatas 80%) Suhu yang bersifat cyclic (naik turun)
Karat
titik embun hampir selalu terjadi pada bagian atas cerobong asap yang terbuat dari plat baja karbon. Pada puncak cerobong suhu udara cukup rendah sehingga berada di bawah suhu kondensasi. Panas akibat pembakaran di puncak cerobong telah mendingin karena diserap oleh metal dinding cerobong yang bersuhu lebih rendah sepanjang p j g cerobong. g Akibatnya y puncak p cerobongg suhu relatif rendah sehingga berada di bawah suhu kondensasi. Gas bekas (flue gas) banyak mengandung CO, CO2, COx d SO2, maka dan k bil bila bbutir-butir ti b ti kkondensat d t telah t l h tercemar t dan bersifat asam akibatnya terjadilah karat titik embun yang sanggup melubangi dinding cerobong (perforasi). Reaksi pembentukan asam akibat SO2 adalah: 2H2O + 2SO2 + O2 Æ 2 H2SO4 (asam belerang)
9. Karat Bakteri Secara
umum jika tidak terdapat zat asam maka laju pengkaratan pada baja relatif lambat, namun pada kondisi tertentu laju pengkaratan tetap terjadi. terjadi Keberadan bakteri anaerobik yang hidup dalam kondisi tanpa zat asam mengubah garam sulfat menjadi asam yang reaktif dan menyebabkan karat. karat Bakteri disebut ‘Sulfate Reducing Bacteria’ Reaksi yang terjadi: ◦ Anoda A d ◦ Katoda
4Fe Æ 4Fe 4F 4F 2+ + 8e 8 – 8H2O Æ 8H+ + 8(OH)– +8e– 8H+ + Na2SO4 Æ 4H2O + Na2S N 2S + 2H2CO3 Æ 2NaHCO Na 2N HCO3 + H2S (asam) ( ) 4Fe+2H2O+Na2SO4+2H2CO3Æ 3Fe(OH)2+FeS +2NaHCO3 b kt i bakteri
k t karat
y
Tanda keberadaan bakteri : ◦ Adanya bau busuk menyengat bila karat dikelupas, atau diberi HCl pada karat dan akan timbul i b l bau b bbusukk H2S. S
y
Cara mencegah : ◦ Memberi aerasi (memasukkan zat asam) kedalam air (klorinasi, tennates, potassium, t ll it cetyl tellurite, t l pyridinium, idi i O O-nitrophenol, it h l selenate anorganik).
y
Nama bakteri yang bekerja ‘Sporovibrio Sporovibrio desulfuricans’.
Jenis--Jenis Mikro Organisme Jenis NAMA Flavobacterium, Mucoids, Aerobacter, Pseudomonas B.Subtilis, Pseudomonas, B Subtilis B.Cereus B Cereus
JENIS Bakteri pembentuk lendir penyebab sel karat konsentrasi oksigen
Desulfovibrio, Closfridia
Bakteri penyebab karat
Giallonella, Crenothrix
Bakteri pendeposisi besi
Chroococcus, Oscillatoria, Chlorococcus, Ulothrix, Scenedesmus, Navicula
Aspergillus, p g Alternaria, Penicillium, Trichoderma, Torula, Monilia
Algae (lumut)
JJamur
Mikro
organisme (bakteri) yang membentuk lapisan b l di ((slime) berlendir li ) yang menyebabkan b bk d deposisi i i bbesi,i jamur dan algae. Slime menyebabkan sel karat jenis konsentrasi oksigen mengakibatkan pitting. Akibat Ak b jasad d renikk ◦ Kerusakan kontruksi, mengganggu proses produksi (menggerogoti filter), karat membuntu pipa pendingin.
Cara C
mencegahh
◦ Injeksi klorine (0,3 – 0,6 ppm), menghambat pertumbuhan lendir dan algae serta mengubah sulfida k korosif if menjadi j di sulfat lf t yang kkurang kkorosif. if ◦ Senyawa quarternary ammonium dan phenol, mengendalikan lapisan lendir (slime) ◦ Cupri sulfat (CuSO4) kurang dari 1 ppm dan pH rendah, rendah mengendalikan algae. Pada aluminium menyebabkan pengendapan tembaga pada permukaan aluminium dan menyebabkan pitting.
Kehidupan
mikro organisme yang menyebabkan deposisi besi yakni segala jenis biaota air tawar/laut yang hidup dalam sistem pendingin atau penukar kalor yang menggunakan air tawar/laut sebagai pendingin. Macam-macam Macam macam biota laut ◦ Segala jenis kerang-kerangan dan remis ◦ Segala jenis barnacles dan udang-udangan ◦ Ganggang laut, anemon, dll.
Akibat
yang terjadi
◦ Sel karat perbedaan konsentrasi oksigen, penyumbatan dan kontaminan lain.
Pencegahan
◦ Menciptakan suasana tidak nyaman untuk hidup dengan injeksi klorine maksimal 1ppm. ◦ Membersihkan atau pengusiran dengan shock terapi, namum bbangkainya k i dapat d menumpukk dan d menyumbat b pipa i
10. Cavitation Corrosion (Karat Kavitasi) y
Kecepatan cairan yang tinggi menciptakan daerah bertekanan tinggi dan rendah yang berulang pada permukaan peralatan. Gelembung uap cairan pada permukaan apabila pecah menimbulkan pukulan pada permukaan yang cukup besar yang mampu memecah film oksida pelindung permukaan akibatnya akan terserang karat karena menjadi anodik. dk
y
Penyebab terjadinya gelembung uap cairan adalah turbulensi cairan di permukaan metal atau suhu yang menyebabkan tekanan cairan jatuh di bawah tekanan uap cairan.
y
Biasanya terjadi pada : belakang propeler kapal, suduturbin air, pipa dengan aliran tinggi, sayap yang terendam air dari pesawat hidrofoil.
y
Penanggulangan: ◦ Dipasang pada tekanan head setinggi mungkin sehingga menghindari terbentuknya gelembung uap dari cairan. ◦ Pelapisan permukaan dengan elastromer coating seperti karet, neoprene atau sejenisnya.
11. Erosion Corrosion (Karat Erosi) Erosi adalah kerusakan permukaan yang disebabkan aliran fluida sangat cepat cepat, adanya partikel pada dalam fluida, adaya gelembung gas. Erosi juga dapat terjadi pada permukaan yang bergerak cepat seperti : impeler pompa sentrifugal. f y Rusaknya permukaan metal, rusak pula lapisan film pelindung sehingga memudahkan terjadinya karat. karat y Untuk mengurangi pengaruh karat erosi diambil langkah pencegahan karat sekaligus penanggulangan serangan erosi. y
Erosion-corrosion Combined chemical attack and mechanical wear (e.g., pipe elbows). )
Brass water pump
Impingement Attack (Serangan Benturan Partikel) y y
y
y
Penyebab y benturan adalah aliran turbulen atau partikel padat yang terbawa aliran. Ciri : kerusakan permukaan setempat dengan bentuk keseluruhannya menuju satu arah, arah alur /sumur cenderung mendalam pada satu sisi. Terjadi j ppada : ppompa, p , kran ((valve), ), orifice,, tube,, alat penukar kalor, elbow dan tee pada perpipaan. Penanggulangan : dengan menggunakan material yang tahan serangan ini (paduan tembaga-nikel 70-30 yang mengandung 0,4 – 1,0% Fe, paduan Ti-6Al-4V)
12.Fretting Corrosion (Karat Gesekan) Fretting corrosion terjadi pada dua permukaan yang saling berhubungan secara rapat sehingga ada yang lengket. Disebabkan gerakan oscilasi, vibrasi dan gerakan pusingan maka k terjadi j di gesekan k (f (friksi), ik i) slippage li ((tergelincir). li i ) y Abrasi menyebabkan terkelupasnya film oksida pelindung sehingga mengakibatkan serangan oksidasi dan karat pada metal yang film pelindungnya terkelupas. Pencegahan : y Menghilangkan pergerakan dengan menambahkan beban pada kedua permukaan y Membuat kedua p permukaan menempel p y Memberikan lubrikasi pada kedua permukaan y
13. Korosi suhu tinggi y
Korosi panas menghadapkan perancang dengan pemilihan bahan. ◦ Ketahanan terhadap creep (deformasi akibat tegangan yang terus menerus), persyaratan pada sudu-sudu dan piringan turbin yang berputar dengan cepat (kandungan nikel harus tinggi) ◦ Ketahanan terhadap korosi panas paling baik bila kandungan kromium dalam paduan cukup tinggi. ◦ Bilah-bilah pemandu (guide vanes) yang diam dan bekerja pada tingkat tegangan rendah dapat dibuat dari paduan dengan kandungan kromium tinggi seperti paduan cobalt X40. ◦ Bilah-bilah sudu yang berputar dibuat dari paduan kaya nikel yang termasuk dalam daftar nimonik.
y
Metode mengurangi kemungkinan terjadinya korosi panas : ◦ Menyempurnakan mutu campuran bahan bakar/udara ◦ Mengurangi kandungan belerang atau penyaringan natrium klorida akan meminimumkan pembentukan terak yang titik lelehnya rendah ◦ Pelapisan dari bahan paduan pada sudu-sudu untuk menghalangi logam dari kontak dengan atmosfer yang ganas. Contohnya adalah cocraly, paduan kobalt, kromium, aluminium dan itrium yang digantikan oleh zirkonium.
Pengendalian Korosi
Pengendalian Korosi I. Pengendalian Korosi Melalui Pengubahan lingkungan a.
L k Lingkungan gas (-10 ( 10
0
C sampai 30 °C)/ udara d b b bebas
- Menurunkan kelembaban relatif (korosi >60 % , laju korosi meningkat > 800%) - Menghilangkan komponen-komponen mudah menguap yang dihasilkan oleh bahan sekitar. - Mengubah g temperature p - Menghilangkan kotoran - Penggunaan inhibitor b b.
Elektrolit El kt lit - Menurunkan konduktifitas ionic - Mengubah PH - Secara homogen mengurangi kandungan oksigen
- Mengubah temperatur - Penggunaan inhibitor - Memperkuat selaput pasif pada permukaan logam c. Dalam D l tanah h - Proteksi katodik - Pelapisan p permukaan p - Mengganti tanah urug - Mengendalikan PH Catatan
2. Inhibitor a. Anodik : Meningkatkan laju j p polarisasi anoda melalui reaksi dengan ion-ion logam yang terkorosi untuk menghasilkan selaput pasif tipis atau lapisan-lapisan garam. b. Katodik : Inhibitor katodik berpengaruh p g terhadap p dua reaksi : • terhadap reaksi pertama: 2H20 + 02 + 4e-
40H-
Inhibitor akan bereaksi dengan ion hidroksil untuk mengendapkan senyawa-senyawa tidak dapat larut ke permukaan katoda dan karena itu menyelimuti katoda dari elektrolit dan mencegah masuknya oksigen. oksigen ( garam seng, seng magnesium, - kaIsium , polifosfat ) • terhadap reaksi kedua: 2H+ + 2e2H 2H, inhibitor akan membentuk selapis hidrogen absorbsi pada permukaan katoda (garam-garam arsenikum, Bismuth, antimonium)
c. Inhibitor adsorbsi : Merupakan molekul-molekul organik panjang yang dapat g ke p permukaan atau merangkap g p ionmembatasi difusi oksigen ion logam di permukaan, memantapkan lapisan ganda dan mereduksi laju pelarutan.
Tabel Inhibitor
3. Pengendalian Korosi ((Perlindungan g Mekanis))
dengan
Lapisan
Penghalang
Perlindungan mekanis dilakukan dengan mencegah agar permukaan logam tidak bersentuhan dengan udara dan air, misalnya dengan pengecatan p g dan p pelapisan p dengan g logam g lain (p (penyepuhan) y p )
4. Perlindungan elektrokimia Dilakukan untuk mencegah terjadinya korosi elektrolik (reaksi elektrokimia yang mengoksidasi logam). Perlindungan tersebut disebut juga perlindungan katode (proteksi katodik) atau perlindungan anode (proteksi anodik). (p ) 4,1. Proteksi Katodik Proteksi katodik biasa dilakukan dengan dua cara yaitu : a. Metode anoda tumbal (sacrificial anoda method) b. Metode arus terpasang (impressed current method) Mg
Magnesium Anode
Impressed current
4.1.a. Metode anoda tumbal y
y y
Penggunaan logam lain yang lebih reaktif akan menempatkan logam sebagai penyuplai e- atau bertindak sebagai anode dalam sel elektrokimia korosi. Bahan ini sengaja dikorbankan (habis termakan korosi) yang setiap saat secara periodik di diganti. ti Bahan B h M & paduannya, Mg d Z & paduannya Zn d , Al dan d paduannya. Contoh : Penggunaan logam Mg (E° = -2.37V) untuk perlindungan logam Fe (E° = -0.44V). Mg akan bertindak sebagai anode yang teroksidasi, sedangkan Fe akan menjadi katode dimana reduksi d k i oksigen k i b l berlangsung
Perlindungan l terhadap saluran l pipa dengan menggunakan anoda tumbal dan distribusi potensial sepanjang pipa bila ada ccaat
Distribusi anoda timbal pada anjungan
4.1.b. Metode arus terpasang Suatu sumber listrik dihubungkan ke tangki bawah tanah yang akan dili d i dan dilindungi d ke k anode d inert, i t seperti ti grafit. fit Elektron El kt akan k mengalir li dari d i sumber listrik ke anode inert. Reaksi oksidasi yang terjadi akan melepas e-, yang akan mengalir melalui elektrolit tanah menuju ke tangki yang bertindak sebagai katode. Metode ini disebut juga Impressed current cathodic protection (ICCP). (ICCP)
Sistem proteksi katodik arus terpasang pada pipa bawah tanah
y
y
y
y
Pengendalian korosi dengan Proteksi katodik melalui metoda arus dipaksakan, dipaksakan atau impress current dapatdilakukan dengan cara menurunkan potensial antar muka logam ke daerah pasif dengan memberikan arus anodic. anodic Elektroda yang dapat digunakan adalah material atau bahan yang relative inert ketika berfungsi sebagai anoda. anoda Bahan yang umum digunakan sebagai anoda pembantu dalam proteksi katodik impress current adalah Ti/Pt, Nb/Pt Ta/Pt, Nb/Pt, Ta/Pt grafit, grafit magnetit, magnetit silicon, silicon dan baja. baja Masing – masing anoda mempunyai kekhususan dalam penggunaannya ditinjau dari lingkungan dan kapasitas arus. arus
Keuntungan Proteksi Katodik Arus Dipaksakan y Jika sumber Tegangan cukup memadai, memadai maka arus pelindung dapat ditingkatkan sesuai dengan kebutuhan. y Penghubung anoda tidak perlu besar, karena kehilangan energi akibat tahanan dapat p dikoreksi dengan g meningkatkan g potensial. Kerugian g Proteksi Katodik Arus Dipaksakan. p y Harus ada sumber energi listrik arus searah y Tidak boleh ada kesalahan sirkuit atau arus salah arah. y Membutuhkan teknisi dan pengawas yang banyak dan terlatih y Penghubung anoda harus diisolasi secara sempurna dan tidak boleh menyerap air. y Harus dilengkapi g p dengan g pelindung p g anoda
4.2. Proteksi Anodik Prinsip proteksi anodik adalah pemberian potensial pada baja sehingga logam terpolarisasi secara anodik dari potensial korosi bebasnya yang dapat menyebabkan timbulnya selaput pasif sehingga p gg dapat p melindungi g logam g dari serangan g korosi selanjutnya
Prinsip proteksi anodik pada baja, skema k pengulasan l potensiodinamik t i di ik untuk bahan yang memperlihatkan sifat pasif.
y
KRITERIA PROTEKSI
y
Menurut literatur (teori), korosi dianggap berhenti bila konsentrasi ion-ion logam g sekitarnya kurang dari 10-6 gram ion per liter. Bila angka ini kita terapkan pada korosi dari besi, potensial pada kondisi ini : Fe Æ Fe2+ + 2e-
y
Note: Konversi SHE menjadi CSE dengan mengurangkan 0,242 V
y
Theoretically, besi akan terproteksi katodik bila potensialnya ( ) E≤- 0,933 V (CSE).
y
Menurut NBS ( National Bureau of Standards ), dalam ppraktek menunjukan j bahwa besi sudah akan tidak terkorosi 2 ) di sekitarnya 10-3 3 M. Kita akan bila konsentrasi ion (Fe2+ memperoleh nilai potensial proteksi :
y
Angka ini pada saat ini diterapkan sebagai kriteria proteksi katodik untuk besi / baja pada umumnya.
Pencegahan korosi dengan design yang tepat
Often several approaches to control corrosion Often several “system” constraints pertain
