Korosi : kerusakan atau degradasi degradasi logam akibat reaksi redoks antara suatu logam dgn berbagai zat di lingkungannya yang menghasilkan senyawa-senyawa yang tidak dikehendaki.Pada peristiwa korosi, logam mengalami oksidasi, oksidasi, oksigen (udara) mengalami reduksi. reduksi. Karat logam umumnya berupa oksida atau karbonat. Rumus kimia karat besi adalah Fe 2O3.nH2O, suatu zat padat yang berwarna coklat-merah. Korosi merupakan proses atau reaksi elektrokimia yang bersifat alamiah dan berlangsung dengan sendirinya. Korosi merupakan proses terjadinya transfer elektron dari logam ke lingkungannya. Logam sel yang memberikan elektron (anoda) dan lingkungannya penerima elektron (katoda). Korosi sebagai peristiwa elektrokimia, karena proses korosi melibatkan adanya transfer elektron dari elektroda negarif (anoda) (anoda) menuju menuju elektroda positip (katoda) Besi di lingkungan lingkungan asam akan melibarkan melibarkan reaksi Anoda : Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e- (oksidasi) Katoda : 2H+ (aq) → 2H(aq) ( reduksi ) Atom-atom H bergabung menghasilkan H 2 :2H(aq) → H2(g) atau Atom-atom H bergabung dengan oksigen 2H(aq) + ½ O2(aq) → H2 O(l) Jika konsentrasi H+ cukup tinggi (pH rendah), terjadi reaksi Fe + 2H+ (aq) → 2H(aq) + Fe2+ (aq) dan 2H(aq) → H2(g) Reaksi keselurahan keselurahan logam besi dalam larutan asam dapat dituliskan Fe + 2H+ (aq) Fe 2+ (aq) + H2 (g) Lingkungan air teraerasi atau air yang mengandung oksigen atau udara lembab : Anodik Fe Fe 2+ + 2e Karodik H2O + ½ O2 2 OH Adanya ion Fe2+ dan ion hidroksida (OH-) di permukaan logam, bereaksi membentuk Fe(OH)2, yang juga bereaksi dengan oksigen dan membentuk karat (coklat keerah-merahan ) yang menempel di permukaan logam dengan reaksi Fe (OH)2 + O2 (g)→ Fe (OH)3 2Fe2O3. x H2O(s) Reaksi totalnya menjadi 4Fe(s) + 3O2(aq) + 2 H2 O(l) → 2Fe2O3 xH2O(s) Potensial Elektroda Standar (E0) SHE memiliki potensial bernilai 0 Zn | Zn 2+ (a=1) || Cu 2+ (a=1) | Cu
Esel = Ekatoda-E Anoda = 0.34 - (-76) = 1,10 V
Termodinam Termodinamii ka Sel E lektrokimia lektroki mia Secara umum : ΔG = - nFE dan pada keadaan keadaan standar : ΔGo = - nFE o (Hubungan antara perubahan energi Gibbs standar dengan potensial sel sel standar) Potensial Sel Korosi Reaksi spontan: ΔG < 0. ΔG = – = – n n F Esel Dengan : ΔG0 = – n F E0sel. E sel = E katoda – E E Anoda Contoh Cr +3 (aq) + 3e → Cr(s) E0Cr = – = – 0.74 0.74 V Zn+2 (aq) + 2e → Zn (s) E0Zn = – = – 0.76 0.76 V Karena E0Zn < E0Cr , Zn akan mengalami oksidasi. oksidasi. Reaksi sel yang akan terjadi Cr +3 (aq) + 3e → Cr (s) (s) } x 2 E0Cr = – = – 0.74 0.74 V +2 Zn(s) → Zn (aq) + 2e } x 3 E0Zn = + 0.76 V +3 2Cr (aq) + 3 Zn (s) → Zn+2 + 2 Cr (s) (s) E0 sel = 0,02 V atau E0sel = E Kat – E E And = -0,74 – (-0,76) = 0.02 V > 0 berarti reaksi spontan Contoh soal latihan Tentukan reaksi sel sel dan E sel untuk notasi sel berikut berikut 1) Pt/Fe 2+,Fe 3+ // H+/H2,Pt 2) Ni(s)/Ni 2+(1,00 m) //Cu 2+(1,00 m) /Cu(s)
3) Zn(s)/Zn 2+(1,00 m) //Pb 2+(1,00 m) /Pb(s)
Persamaan Nernst Persamaan Nernst digunakan untuk menentukan potensial sel tidak pada kondisi standar sehingga untuk reaksi aA + bB yY + zZ Secara umum untuk reaksi :
Pt, H2 (1 bar)| H+ (aq)|| Cu 2+ (aq)|Cu Dengan reaksi :
E sel = E0 sel – (0,0591/n (0,0591/n ) log a H+ 2 / a Cu2+ Contoh : Tentukan Tentukan E sel untuk untuk : Pt,H2 (1atm)/H+ + (1,0M)// Ag (0,01M)/Ag Reaksi sel : 2Ag + + H2 2H+ + 2Ag E sel = E0sel - 0.0591/2 0.0591/2 log (aH+)2/aAg+)2 E sel = 0,799 0,799 – 0.0591/2 0.0591/2 log ( 1/10 -4) E sel = 0,799 – 0,799 – 0,0591/2 0,0591/2 x 4 = 0,799 – 0,799 – 0,1182 0,1182 = 0, 6808 V/SHE Sel Galvanik Sel galvanic terjadi akibat dua logam yang berbeda saling bersinggungan atau kontak. Logam yang mempunyai potensial reduksi lebih rendah akan bersifat anodic dan logam dengan potensial reduksi lebih tinggi bersifat katodik. Pengukuran Potensial Korosi Elektroda Zn, SHE, elektroda kalomel, elektroda perak klorida, CSE. Tabel Potensial Elektroda Pembanding Elektroda Kesetimbangan Potensial reaksi (V/SHE) Hg/HgSO4 HgSO4 + 2e 0,650 2Hg + SO4 2Cu/CuSO4 CuSO4 + 2e 0,318 Cu + SO4 2Hg/Hg2Cl2 Hg2Cl2 + 2e 0,241 2Hg + 2Cl Ag/AgCl AgCl + e Ag + 0,222 Elektroda Cl Hidrogen 2H+ + 2e H2 0,000 Zn murni Zn 2+ + 2e Zn -0,782 Pengukuran potensial baja = -0,986 V / CSE misalnya dan potensial baja diubah terhadap SHE , maka potensial baja menjadi : - 0,986 - 0,318 Volt/SHE = 1,304 V/SHE dan kondisi struktur masih dalam kondisi terlindungi. Dinamika Korosi Kesetimbangan Elektroda dan Persamaan Nernst
Oks + ne ∆G reaksi
Red = G produk - G reaktan = G red - G oks
Di atas garis (b) gas oksigen lebih stabil sehingga kenaikan potensial antar antar muka ke potensial di atas garis (b) menyebabkan terbentuknya terbentuknya gas O2. Sebaliknya penurunan potensial antar muka ke potensial di bawah garis (a) menyebabkan terjadinya gas H2. Persamaan garis (a) dan (b) dapat diplot dengan menggunakan persamaan reaksi air yang tereduksi maupun air teroksidasi. Reaksi air tereduksi: H2O + e = 1/2H2 + OHE = Eo + RT (2,303) log aoks nF a red = 0 + 2,303RT log [H+] nF = 0 - 2.303 RT pH nF
E = - 0,0592 pH Kalau pH = -2 Maka E = -(0,0592)( -2) E = 0,1182 Volt garis (a) : E = -0,0592 pH garis b : E = 1,23 - 0,0592 pH
E ( +)
Fe2+ E = -0,440 Volt
E(-)
Fe
Jika aktivitas logam semakin menurun (menjadi kecil), maka arah gerak ke bawah sehingga terbentuk endapan Fe yang stabil, artnya Fe immum atau kebal terhadap korosi. Kalau bergerak ke atas maka aktivitas logam akan naik. Hal ini akan menyebabkan terbentuknya ion Fe2+ sehingga terjadi korosi. Besi (Fe) dalam keadaan ion, unsure maupun senyawa mempunyai energy bebas standar .Harga energy bebas unsure Fe/ senyawanya :
∆G = -nFE atau ∆Go = -nFEo Persamaan termodinamika dapat ditulis : Unsur/Senyawanya/Ion Go (kal) = Go produk - Go reaktan + (RT) ln[ produk/reaktan] produk/reaktan] Fe 0 = ∆Go + (RT) ln [produk/reaktan] [produk/reaktan] FeO hydrous -58.880 E = - ∆G/nF, maka persamaan termodinamika termodinamika menjadi Fe3O4 anhydrous -242.400 E = Eo – Eo – (RT)/(nF) (RT)/(nF) ln [red/oks] Fe2O3 anhudrous -177.100 E = Eo - [RT/nF] ln ( aC.aD/aA . aB) Fe2O3 hydrous -161.930 E = Eo - [RT/nF] ln (a produk/a reaktan) ++ Fe -20.300 a = aktivitas; a = 1 jika unsur, senyawa, senyawa, logam dalam HFeO2-90.627 kondisi stabil Fe+++ -2.530 Diagram E – pH pH ++ FeOH -55.910 Diagram ini menampilkan daerah-daerah kertabilan air, Fe (OH)2+ -106.200 daerah-daerah logam akan imun, terkorosi atau FeO4- -117.685 terpasivasi sebagai fungsi dari potensial sel dan pH. H2O -56.690 Diagram ini memberikan informasi tentang reaksi Berdasarkan diagram E-pH ini beberapa kemungkinan anodic dan katodik yang mungkin terjadi dan proteksi yang dapat dapat dilakukan: kemungkinan proteksi korosi berdasarkan a. Dengan pengaturan lingkungan, misalnya termodinamika. dengan perubahan pH b. Dengan menurunkan potensial antar muka ke daerah imun (proteksi katodik)
c.
Dengan menaikkan potensial antar muka ke daerah pasif ( proteksi anodik) d. Dengan menambahkan logam paduan dasar agar luas daerah pasif dapat diperbesar e. Dengan menambah pasivator Kinetika Korosi Metode kehilangan berat Metode kehilangan berat adalah perhitungan laju korosi dengan mengukur kehilangan atau kekurangan berat akibat korosi yang terjadi. Laju korosi logam berdasarkan metode kehilangan berat dapat juga digunakan rumus: Laju korosi (r) = w/A.t , satuan dalam mdd (mg per dm2) Atau Laju korosi (r) = w/(A.t.D) satuan dalam mpy (mils per year) Metode Elektrokimia Metode elektrokimia adalah metode mengukur laju korosi dengan mengukur beda potensial objek hingga didapat laju korosi yang terjadi. Metode ini mengukur laju korosi pada saat diukur saja dengan memperkirakan laju tersebut dengan waktu yang panjang (memperkirakan walaupun hasil yang terjadi antara satu waktu dengan waktu lainnya berbeda). Kelemahan: tidak dapat menggambarkan secara pasti laju korosi yang terjadi secara akurat karena hanya dapat mengukur laju korosi hanya pada waktu tertentu saja, hingga secara umur pemakaian maupun kondisi untuk dapat diperlakuan awal tidak dapat diketahui. Kelebihan: langsung dapat mengetahui laju korosi pada saat diukur, hingga waktu pengukuran tidak memakan waktu yang lama. Metode elektrokimia ini meggunakan rumus berdasarkan Hukum Faraday yaitu menggunakan rumus sebagai berikut : Laju penetrasi ( r) = (Ar L. i.) /(nFD) Dengan : ArL : massa atom relatif logam (g/mol), i = rapat arus (microamper/Cm2 = µA/Cm2), n = jumlah elektron, F bilangan faraday = 96500 C/Ekv), densitas (g/Cm3). Perhitungan laju penetrasi untuk paduan logam digunakan pengertian berat ekivalen (BE) yang nilainya dapat dituliskan : BE = ArL/n. Berat ekivalen (BE) paduan logam merupakan berat ekivalen rata-rata untuk unsur penyusun dlm paduan. Cara menentuakan berat ekivalen paduan adalah jumlah fraksi ekivalen dari semua unsur dalam paduan, yang dinyatakan dengan rumus Neq = Σ (fi.ni/ai) Dengan , Neq = jumlah ekivalen, fi dan ai = fraksi massa, dan Neq = (1/BE) Contoh : suatu paduan baja dengan komposisi : Cr=19%, Ni = 9,25%, dan Fe = 71,75%. Maka: Neq = (0,19.3/52 + 0,0925.2/58,7 + 0,7175.2/55,85) = 0,011 + 0,003 + 0,026 = 0,040 BE = 1/Neq = 1/0,04 = 25. Jika densitas logam = 7,8 g/Cm3, rapat arus (i) = µA/Cm2 , maka laju penetrasinya (r) = (BE.i / D) = 0,129 (25 . 1./ 7,8 ) =( 0,129. 25)/ (7,8) = 0, 4147 mpy
Bentuk – Bentuk Korosi Proses korosi akan terjadi bila terdapat perbedaan potensial antara katoda dan anoda dan lingkungan yang mempengaruhi. Korosi Merata Korosi merata adalah jenis yang korosinya terjadi pada seluruh permukaan logam atau paduan yang terpapar atau terekspose ke lingkungan berlangsung dengan laju yang hampir sama. terjadi karena adanya pengaruh dari lingkungan sehingga kontak yang berlangsung
mengakibatkan seluruh permukaan logam terkorosi. dengan non logam. Celah ini juga bisa terjadi karena Laju Korosi Merata retak-retak kecil. Mekanisme Korosi Celah Ketahanan Mpy Mm/yr m/yr Mula-mula, elektrolit mempunyai komposisi yang Relatif Korosi seragam. Korosi terjadi secara perlahan di seluruh (nm/h) permukaan logam yang terbuka, baik di dalam maupun Outstanding <1 <0,02 <25 <2 di luar celah. Dengan kondisi demikian, pembangkitan Excellent 2-10 1-5 0,02-0,1 25-100 ion-ion logam positif diimbangi secara elektrostatik oleh Good 10-150 5-20 0,1-0,5 100-500 ion-ion hidroksil negatif. Fair 50-150 20-50 0,5-1 500Pengambilan oksigen yang terlarut menyebabkan lebih 1000 banyak lagi difusi oksigen dari permukaan-permukaan Poor 150-500 50-200 1-5 1000elektrolit yang kontak langsung dengan atmosfer. 5000 Oksigen di permukaan logam yang berhadapan dengan Unexpectable 200+ 5+ 5000+ sebagian besar elektrolit lebih mudah dikonsumssi 500+ daripada oksigen yang terdapat di dalam celah. Di dalam Mekanisme Proses Korosi Merata. Korosi pada logam celah, kekurangan oksigen yang negarif dari dalam terjadi karena adanya reaksi redoks antara logam dengan celah juga berkurang. Di dalam cealh akan kelebihan lingkungannya, dipicu oleh korosi yang mula-mula dengan ion positif yang akan diimbangi sebagian oleh terjadi pada sebagian permukaan logam, menyebar ke migrasi ion Cl ke dalam celah dan sebagian oleh difusi seluruh permukaan logam. ion positif keluar celah. Fe Fe2+ + 2e (reaksi oksidasi) Produksi ion-ion positif (ion H) yang berlebihan dalam O2 + 2H2O + 4e 4OH (reaksi reduksi) celah menyebabkan ion-ion negatif dari elektrolit di luar 2Fe + O2 + 2H2O 2Fe(OH)2 celah terdifusi ke dalam celah, sehingga meningkatkan Pengendalian Korosi Merata. Laju korosi dapat laju pelarutan logam. Dengan demikian terjadi proses diturunkan dengan perlindungan melalui penambahan autocatalytic dimana laju korosi di dalam celah inhibitor pada larutan. Teknik-teknik perlindungan meningkat. seperti proteksi katodik dan anodic, pelapisan, inhibitor, Pengendalian Korosi Celah dan pemilihan material sering digunakan sebagai cara Mengurangi agresivitas lingkungan dengan menurunkan perlindungan korosi paling efektif. kandungan klorida, keasaman dan temperatur. Korosi Galvanik adanya kontak antara dua logam yang Perencanaan dan perancangan yang benar sehingga berbeda dalam larutan elektrolit. Dalam korosi ini logam terbentuknya celah dapat dihindari. yang lebih mulia atau logam yang potensialnya lebih menutup celah yang ada dengan las, solder. positif tidak terkorosi, sedangkan logam yang penambahan inhibitor. potensialnya lebih terkorosi menjadi terkorosi. Perlengkapan peralatan yang harus didesain dengan Deret Galvanik , Diperhatikan untuk mencegah korosi. adanya sistem drainase, sehingga kondisinya kering. Deret galvanik yaitu daftar yang berisi tentang tingkat Penyaringan dan pengendapan padatan tersuspensi kecenderungan terkorosinya suatu logam tak sejenis. sehingga dihindari terbentuknys endapan yang Deret ini hanya berfungsi untuk menentukan menyebabkan korosi celah. kecenderungan korosi suatu logam Korosi Sumuran (Pitting Corrosion), Korosi sumuran Laju Korosi Galvanik, polarisasi, yaitu kemampuan ( pitting corrosion) adalah korosi lokal yang secara logam untuk merubah tegangannya ketika menerima selektif menyerang bagian permukaan logam yang atau melepaskan sejumlah elektron.Pengukuran laju memiliki: Selaput pelindungnya tergores atau retak korosi dinyatakan dengan hokum Faraday sebagai akibat perlakuan mekanik, Mempunyai tonjolan akibat berikut. Hubungan antara arus (I) dengan massa (m), dislokasi atau slip yang disebabkan oleh tegangan tarik dinyatakan dengan: atau tegangan sisa yang dialami logam, Mempunyai m = masa yang bereaksi (gr) komposisi heterogen dengan adanya inklusi, segregasi I = masa atom relative logam (gram/mol) atau presipitasi. Anion-anion agresif yang menyebabkan t = waktu (detik) korosi sumuran Besi Cl, Br, I, ClO4, SO4. Baja tahan n = jumlah muatan electron karat Cl, Br, S, CN. Aluminium Cl, Br, I, ClO4, NO3, S, F =bilanganFaraday(96500 CN Coulomb/equivalent)
R=
m M .i .t A = ⁄t.A t n .F
Penyebab Korosi Galvanik Lingkungan air asam atau basa, larutan konduktivitas tinggi, udara luar, penggabungan 2 logam tidak diisolasi, perbedaan potensial, luas relative logam Mekanisme Korosi Galvanik Pada korosi galvanik ini terjadi reaksi anodik dan katodik. Logam yang lebih mulia lebih berfungsi sebagai katodik sedangkan logam yang kurang mulia berfungsi sebagai anodik. Pengendalian Korosi Galvanik. Dilakukan sistem pengecatan dan pelapisan yang sesuai. Mengisolasinya, contoh untuk gabungan bajaaluminium Proteksi Katodik dan Anoda Tumbal Terjadi Passivasi (Pembentukan Lapisan Pasif Korosi Celah, Korosi crevice atau korosi merupakan suatu bentuk serangan yang terjadi karena sebagian permukaan logam terhalang atau terasing dari lingkungan dibanding bagian lain logam yang menghadapi larutan elektrolit dalam bagian besar. Penyebab Korosi Celah, Celah penyebab korosi ini terbentuk antara 2 logam yang sejajar atau antara logam
Mekanisme Korosi Sumuran Terjadi suatu reaksi hidrolisis, yang serupa dengan mekanisme korosi celah dimana keasaman meningkat. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: Fe2+ + H2O Fe(OH)+ + H+ Pembentukan ion-ion (II) adalah suatu reaksi oksidasi yang mudah terjadi dengan adanya oksigen. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: Reaksi-reaksi hidrolisis yang terjadi menyebabkan larutan semakin asam, yang ditunjukkan dengan reaksi berikut: 2Fe(OH)+ + 2H2O Fe(OH)2+ + H+ Dan Fe3+ + H2O Fe(OH)2+ + H+ Produk-produk korosi yang terjadi adalah magnetic (Fe3O4) dan FeO(OH)/karat yang terbentuk menurut reaksi: 2Fe(OH)+ + Fe2+ + 2H2O Fe3O4 + 6H+ Fe(OH)2+ + OH+ FeO(OH) + H2O(karat) mekanisme propogasi korosi sumuran mengikuti teori autocatalytic. Ion hydrogen yang terbentuk dari hasil hidrolisis akan bermigrasi ke dalam sumuran sehingga pH dalam sumuran akan menurun dan bersifat semakin asam. Adanya ion H+ dan tingginya kandungan klorida mencegah kemungkinan berlangsungnya repasivasi. Produk korosi yang ada merupakan lapisan penutup,
yang dapat menghalangi keluarnya Fe 2+ tetapi cukup porous untuk memungkinkan migrasi Cl - dalam sumur, sehingga konsentrasi klorida di dalam sumuran tetap tinggi. Pengendalian Korosi Sumuran Menjaga permukaan logam yang mempunyai selaput tidak rusak atau terkena benturan, sehingga menimbulkan cacat., Melakukan perlindungan katodik terhadap logam, Penambahan inhibitor untuk mengatasi lingkungan yang mengandung ion klorida, misalnya dengan nitrit., Mengoperasikan pada temperatur rendah yang masih memungkinkan, Menggunakan logam yang mempunyai ketahanan yang tinggi terhadap korosi sumuran misalnay SS Tipe 316, 317, 329 yang mengandung molybdenum. Korosi Intercrystalin, suatu jenis korosi yang berkaitan dengan struktur dan sifat metalurgi dari paduan. Elemen pemadu yang tersegresi pada batas butir apabila muka antar butiran sangat reaktif, akan terjadi korosi intergranular karena terjadi korosi setempat berupa endapan-endapan pada daerah yang berbatasan dengan batas butir. Butir-butir logam akan terlepas dan kekuatan logam akan hilang. Mekanisme: Kristal akan terbentuk ketika logam membeku akibat pendinginan, mengakibatkan logam tersebut kemurniannya berkurang. Daerah pertumuhan Kristal merupakan kumpulan butir yang kurang stabil pada kristal. Dalam beberapa kasus, korosi terjadi pada daerah yang berbatasan dengan daerah butir. Hal ini menyebabkan logam tersebut menjadi terpisah. Kemurnian elemenelemen paduan memegang peeranan penting dalam pencegahan korosi intercrystalin. Pada penggoresan Grain Bounderies (Batas Butir), daerah-daerah batas butir sering diserang. Celah-celah melebar dalam bentuk garis dan jika dilihat dengan mikroskop celah tersebut berupa garis-garis gelap dengan lebar yang terbatas. Derajat kepekaan dan kemudahan terkena korosi intercrystalin tergantung dari waktu, temperatur kritik, temperatur dalam range kritik atau laju pendinginan yang dilalui range temperatur.Dengan kata lain, factor-faktor yang menyebabkan korosi intercrystalin adalah: pemanasan pada suhu tinggi, lingkungan korosif, paduan-paduan logam. Pengendalian: Menggunakan baja tahan karat yang telah distabilkan, Mengurangi keasaman dan kondisi oksidatif lingkungan, Penambahan inhibitor, Penambahan hingga temperatur kritik, Mengurangi kadar karbon <0,03%, Melakukan solution annealing untuk melarutkan karbida kaya kromium yang disertai dengan pendingin cepat. Korosi Selektif, bentuk seleksi yang terjadi karena pelarutan komponen tertentu dari paduan logam (alloynya). Pelarutan ini terjadi pada salah satu unsur pemadu atau komponen dari paduan logam yang lebih aktif yang menyebabkan sebagian besar dari pemadu tersebut hilang dari paduannya. Material yang tertinggal telah kehilangan sebagian besar kekuatan fisiknya (karena berpori-pori). Selektif leaching nama lain dari korosi selektif bisa terjadi dari sepasang paduan logam suatu fasa dan juga dua fasa, dalam paduan dua fasa, fasa yang kurang mulia akan meluruh terlebih dahulu. Korosi Selektif
biasanya dinamani sesuai dengan elemen-elemen yang meluruh, seperti ditulis pada tabel di atas. Pada paduan logam tembaga perak fenomena dealloying yang terjadi adalah peluruhan selektif tembaga yang disebut decuprifikasi. Pada paduan logam perak-emas, peluruhan selektif terjadi pada perak, meninggalkan emas. Dapat ditarik kesimpulan bahwa korosi selektif terjadi akibat dari pengaruh galvanik antara unsur-unsur berlainan yang membentuk paduan (walaupun faktorfaktor lain seperti kandungan udara dan temperatur yang berbeda-beda juga sangat penting). Dari contoh terlihat bahwa logam paduan yang memiliki Esel lebih rendah akan mengalami korosi karena berperan sebagai anoda dan yang lebih murni sebagai katoda. 4.6.2. Mekanisme Umum Pada dasarnya logam yang lebih mulia bertindak sebagai katoda dan paduan logam sebagai anoda, sehingga anoda yang terkorosi/terlarut. Seperti yang terlihat pada tabel 4.5 berikut. Tabel 4.5 Bentuk Korosi Selektif Bentuk Selektif
Korosi
Paduan
Logam terlarut
Dezincfikasi
Cu-Zn
Zn
Dealuminasi
Cu-Al
Al
Demanganisasi
Cu-Mn
Mn
Denikelisasi
Cu-Ni
Ni
Desilikonisasi
Cu-Si
Si
Decuprifikasi
Cu-Ag
Cu
Dezincfikasi merupakan bentuk korosi selektif yang menyerang paduan logam yang terdiri dari Cu dan Zn (kuningan). Dezincfikasi terutama terjadi pada kuningan dengan kadar seng diatas 15-20%, pada lingkungan air yang mengandung ion Cl - seperti air payau dan air laut dan air yang mengandung O2. Sedangkan untuk kuningan dengan kadar seng kurang 5% biasanya tahan terhadap korosi ini. Produk dari proses Dezincfikasi menghasilkan kuningan yang berlubang, rapuh, memiliki kekuatan mekanis yang rendah dan warna kuningan berubah dari kuning ke merah. Pengendalian: Mengurangi keagresifan lingkungan misalnya dengan mengurangi kandungan oksigen terlarut (deaerasi). Menggunakan paduan yang lebih tahan, misalnya dengan kuningan merah (15% Zn). Penambahan 1% Sn pada kuningan 30-70. Penambahan inhibitor (fosfor, animon, arsen). Proteksi katodik. Menggunakan kuningan yang mengandung zat aditif seperti kuningan admiral yang terdiri dari 70% Cu, ZgZn, 1% Sn, 0,02-0,06% Ar). Korosi Erosi, korosi yang terjadi apabila permukaan logam terserang akibat gerak relative antara elektrolit dan permukaan logam atau dengan kata lain korosi ini terutama disebabkan oleh efek-efek mekanik, misalnya: pengausan, abrasi dan gesekan. Logam yang sangat rentan tanerhadap korosi erosi umumnya adalah logamlogam lunak seperti: tembaga, kuningan, aluminium murni, dan timbale. Penyebab Terjadinya Korosi Erosi Faktor utama yang menyebabkan suatu logam terkena korosi erosi adalah adanya zat yang bersifat korosif dalam fasa liquid yang mengalir melintasi permukaan Bentuk Korosi Paduan Logam yang logam sehingga terjadi gesekan antara larutan korosif Selektif terlarut (elektrolit) tersebut dengan permukaan logamnya. Dezincfikasi Cu-Zn Zn Potensi terjadinya akan meningkat terutama bila fluida Dealuminasi Cu-Al Al mengalir dengan aliran yang turbulen. Di dalam aliran Demanganisasi Cu-Mn Mn yang turbulen, gelembung udara akan semakin banyak dan bertekanan, sehingga serangan yang berupa Denikelisasi Cu-Ni Ni benturan dan gesekan semakin kuat menyerang Desilikonisasi Cu-Si Si permukaan logam. Benturan-benturan tersebut akan Decuprifikasi Cu-Ag Cu semakin kuat bila didukung oleh bentuk geometri sistem Tembaga secara khusus ika dikombinasikan dengan yang sangat berperan dalam menentukan apakah unsure-unsur ini membentuk suatu bagian dari paduan serangan akan terjadi atau tidak.Laju korosi erosi yang logam yang sensitif terhadap leaching. Bentuk korosi ini terjadi pada kondisi aliran laminar memang tidak
sebesar laju korosi erosi yang timbul bila aliran turbulen. Suatu fluida dikatakan mengalir dengan pola aliran laminar, jika fluida tersebut selama mengalir membentuk beberapa lapisan sejajar yang masingmasing bergerak dengan kecepatan yang berbeda. Lapisan yang mengalir paling lambat adalah lapisan paling dekat dengan permukaan logam tempat gayagaya gesekan dan tumbukan-tumbukan molekul dengan bagian permukaan yang tidak beraturan terjadi. Dan kecepatan lapisan itu meningkat hingga maksimum pada pusat aliran. Kondisi aliran laminar menjadi sangat korosif terutama bila dalam fluida terdapat partikel partikel padat tersuspensi. Mekanisme Pembentukan Korosi Erosi Pada tahap pertama terjadi serangan oleh gelembung udara yang menempel di permukaan lapisan pelindung logam, karena adanya aliran turbulen yang melintas di atas permukaan logam tersebut. Pada tahap kedua gelembung udara tersebut mengikis dan merusak lapisan pelindung. Tahap ketiga, pada tahap ini laju korosi semakin meningkat, karena lapisan pelindung telah hilang. Logam yang berada di bawah lapisan pelindung mulai terkorosi, sehingga membentuk cekungan, kemudian terjadi pembentukan kembali lapisan pelindung dan logam menjadi tidak rata. Bila aliran terus mengalir, maka akan terjadi serangan kembali oleh gelembung udara yang terbawa oleh aliran. Serangan ini akan mengikis dan merusak lapisan pelindung yang baru saja terbentuk. Rusaknya lapisan pelindung ini mengakibatkan serangan lebih lanjut pada logam yang lebih dalam, mengakibatkan cekungan menjadi lebih dalam dan permukaan semakin tidak merata. Begitu seterusnya untuk serangan berikutnya. Pengendalian Korosi Erosi: mengurangi kecepatan aliran fluida untuk mengurangi turbulensi dan tumbukan berlebihan, menggunakan komponen yang halus dan rapi pengerjaannya, sehingga tempat pembentukan gelembung menjadi sesedikit mungkin, penambahan inhibitor atau pasivator, menggunakan paduan logam yang lebih tahan korosi dan tahan erosi, proteksi katodik KOROSI RETAK TEGANG stress corrosion cracking (SCC) merupakan istilah yang diberikan untuk peretakan intergranuler atau transgranuler pada logam akibat kegiatan gabungan antara tegangan tarik static dan lingkungan yang khusus. Mekanisme: Fase Pemicuan (Fase ketika pembangkit tegangan terbentuk), Fase penjalaran Metode Pencegahan Korosi Retak Tegang Pembentukan kembali logam dapat menghilangkan ketegangan/keregangan logam dalam bagian yang kritik. Shootpeening dapat mengubah permukaan logam menjadi permukaan yang punya keregangan/ketegangan yang kompresif. Pengontrolan lingkungan, misalnya saja mengurangi pemakaian bahan yang mengandung oksigen. Memindahkan ion spesies yang kritik. Menggunakan inhibitor. Mengubah proporsi elemen campuran logam dari suatu sistem campuran logam yang dapat mengakibatkan ketahanan terhadap SCC. Memilih campuran logam yang lebih resisten terhadap lingkungan korosif. Perlakuan panas pada logam. Korosi Atmosfer Korosi logam di atmosfer terjadi akibat proses elektrokimia antara dua bagian benda padat khususnya metal besi yang berbeda potensial dan langsung berhubungan dengan udara terbuka. Mekanisme terjadinya korosi logam di atmosfer : Elektron mengalir dari daerah anodic ke katodik Reaksi anodic Fe Fe+++ 2eKorosi Logam dalam Tanah Korosi logam dalam tanah adalah korosi logam yang terjadi di lingkungan tanah atau logam terkubur dalam tanah. Penyebab Korosi Logam di lingkungan Tanah kandungan oksigen yang terlarut di dalam tanah. Jumlah kandungan oksigen semakin meningkat akan
Korosi pelepasan atau korosi bobolan (breakaway corrosion) terjadi akibat tegangan yang berkembang dalam kerak-kerakoksida Melibatkan interaksi sejumlah faktor, termasuk temperatur, komposisi gas, tekanan gas, komposisi logam, bentuk komponen, dan finishing permukaan. Terjadi kesetimbangan antara karbon dioksida yang merembes masuk dan difusi besi dalam keadaan padat ke luar yang bertindak sebagai pengendali laju. Karbon dioksida mengoksidasi besi, suatu reaksi yang menghasilkan karbon monoksida: 3Fe + 4CO2 Fe3O4 + 4CO Dan diikuti pemisahan karbon : 2CO CO2 + C Karbon ini sebagian terlarut ke dalam logam dan sebagian lainnya ke dalam oksida. Apabila kadar karbon pada oksida sebelah dalam mencapai 10% beratnya, kristal-kristal yang menyendiri akan terpisah satu sama lain oleh batas butir berupa selaput karbon. Ini menyebabkan oksida berporidan kehilangan fungsinya sebagai pelindung. Selanjutnya yang terjadi adalah oksida bobolan. Korosi temperature tinggi Proses penggilingan dan pengepresan panas terhadap baja lunak (proses yang berlangsung pada sekitar 900oC) Laju oksidasi cukup besar untuk menghasilkan selapis oksida yang disebut kerak giling (mill scale), yang tidak berfungsi sebagai pelindung. Pertumbuhan oksida. Pertumbuhan parabolic dy/dt = c1/ y, kalau persamaan di atas diintegrasi kita akan mendapatkan y2=c1t (apabila t = 0, y = 0 : karena itu tetapan integrasi tidak diperlukan)logam-logam yang teroksidasi dengan laju parabolik biasanya dicirikan dari oksidanya yang tebal dan lekat. Contoh logam-logam ini adalah kobalt, nikel, tembaga, dan tungsten, walaupun seperti pada contoh lain, mungkin mengikuti hukum laju yang berbeda, tergantung dari kondisi percobaan. Pertumbuhan garis lurus Dalam hal ini laju oksidasi konstan terhadap waktu: dy/dt = c2, yang bila diintegrasi menghasilkan y = c2t , pertumbuhan garis lurus atau linier terjadi bila mana oksida tidak mampu merintangi masuknya oksigen ke permukaan logam, sebagaimana terjadi bila oksida yang terbentuk dari volume logam tertentu terlalu kecil untuk menyalut seluruh permukaannya. Pertumbuhan logaritmik Pada temperatur rendah, permukaan logam akan tersalut dengan selaput oksida tipis. Laju difusi menembus selaput ini sangat rendah dan sesudah pertumbuhan yang cepat dalam periode awal berlalu, laju penebalan akhirnya menjadi nol. Persamaan untuk laju seperti ini adalah : y = c3 log (c4t + c5), contoh logam-logam yang teroksidasi dengan cara seperti diatas adalah magnesium Ion hydrogen kemudian bergabung dengan ion oksida dibawah 200oC dan aluminium dibawah 50 oC. membentuk air 4H+ + 2O2- = 2H2O BENTUK – BENTUK Fe/Air Mekanisme Korosi oleh SRB 1. Fe++/HFeO2-(pH = 10,52) Sharpley berpendapat bahwa jika terdapat bakteri SRB, 2. Fe+++/FeOH++(pH = 2,43) maka pada anoda akan terjadi reaksi. 3. FeOH++/Fe(OH)2+ pH = 4,69 Fe Fe2+ + 2e4. Fe++/Fe+++ E = 0,771 Volt Reaksi di atas diikuti dengan reaksi yang merupakan aktivitas bakteri SRB 5. Fe++/FeOH++ 2H+ + SO4 2- + 4H2 H2S + 4H2O E = 0,914 0,0952 pH Fe2+ + H2S FeS + 2H+ 6. Fe++/Fe(OH)2+ Korosi Panas E = 1,194 - 0,1182 pH Korosi panas adalah kombinasi antara oksidasi dan 7. HFeO2- /Fe(OH)2reaksi-reaksi dengan belerang, natrium, vanadium, dan E = 0,675 + 0,0592 pH pengotor-pengotor lain yang terdapat, baik diudara yang 8. HFeO2-/FeO4 — dihisap maupun dalam bahan bakar. Contoh korosi panas : E = 1,001 - 0,0738 pH Cacat sudu-sudu rotor turbin dihasilkan akibat 9. Fe+++/FeO4tumbukan serangan korosi panas atau sulfidisasi, retak E = 1,700 - 0,1580 pH lelah termal dan lubang creep akibat terkena temperatur 10. FeOH++/FeO4 — dan tegangan tinggi dalam jangka waktu yang lama E = 1,652 - 0,1379 pH Oksidasi Paduan 11. Fe(OH)2+ /FeO4-Cara untuk mengendalikan oksidasi terhadap besi dan E = 1,559 - 0,1182 pH baja membentuk lapisan permukaan yang mantap dari oksida salah satu unsur paduan 12. Fe + H2O = FeO = 2H+ + 2eKromium dan aluminium unsur paduan tambahan E = -0,047 - 0,0592 pH paling efektif untuk membentuk kerak mantap pada baja 13. 3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 8H+ +8ePaduan besi-alumunium buruk sifat mekaniknya E = -0,085 - 0,0592 pH Oksidasi Bobolan
menyebabkan kenaikan laju korosi, pH tanah juga mempengaruhi korosi logam yang terkubur dalam tanah sebab pH tanah yang rendah akan bersifat korsif dan mempercepat laju korosi logam baja, aktivitas bakteri membentuk flok sehingga merusak coating dan menyebabkan korosi pada logam, resistivitas tanah , Konsentrasi ion agresif dan komposisi. Korosi Logam akibat Mikroba Jenis-jenis bakteri yang korosif antara lain: desulfovibrio desulfuricans, desulhotoculum, desulfovibrio vulgaris, D.salexigens, D. africanus,D. giges, D. baculatus, D. sapovorans, D. baarsii, D. thermophilus, Pseudomonas, Flavobacteriu, Alcaligenes, Sphaerotilus, Gallionella, Thiobacillus. Salah satu bakteri yang paling sering menimbulkan korosi adalah bakteri pereduksi sulfat (SRB = Sulfate Reducing bacteria).SRB menyebabkan korosi karena dapat mereduksi ion SO42- menjadi ion S2- yang selanjutnya akan bereaksi denga ion Fe 2+ membentuk FeS sebagai produk korosi. Korosi oleh SRB banyak terjadi pada dasar tangki penampung minyak bejana proses maupun system perpipaan.Proses korosi oleh bakteri biasanya dimulai oleh kolonisasi bakteri pada lengkungan – lengkungan pipa atau alat dan di daerahdaerah lain yang alirannya lambat karena organism lain yang masuk ke dalam pipa dan membentuk endapan. Lama kelamaan endapan ini menjadi deposit yang keras sehingga menjadi tempat yang ideal untuk pertumbuhan bakteri SRB yang anaerob. Metode penanggulangan yang mungkin adalah : proteksi katodik, penggunaan inhibitor, desinfektan (bioside), pengecatan dengan antifouling. Penanggulangan yang disebutkan akan dibahas pada bab yang lain dalan diktat ini. Korosi oleh Bakteri Pereduksi Sulfat Spesies terpenting dari SRB adalah desulfovibrio desulfuricans. Bakteri ini dapat menimbulkan korosi anaerobic pada besi dan baja Desulfovibrio desulfuricans adalah bakteri pereduksi sulfat obligat anaerob (masih bisa hidup dengan sedikit O 2 asal nutrient cukup tersedia).Jadi bakteri pereduksi sulfat bukan strict anaerob ( tidak bisa hidup dengan adanya O2 sedikitpun). Reaksinya adalah sebagai berikut: Cytochrome oxidase bereaksi dengan memindahkan electron dari onfero menghasilkan ion oksida. 4Fe2+ + O2 = 4Fe3+ + 2O2Enzim yang teroksidasi kemudian direduksi oleh atom hydrogen dengan bantuan cytochrome hidrogenase 4Fe3+ + 4H = 4Fe2+ + 4H+
14. 15. 16.
17. a. b. 18. 19. 20. a. b. 21. a. b. 22. a. b. 23. 24.
25. 26. 27.
28. a. b. 29. a. b.
2Fe + 3H2O = Fe2O3 + 6H+ + 6e E = -0,047 - 0,0592 pH 3FeO + H2O = Fe3O4 + 2H+ + 2e E = -0,197 - 0,0592 pH 2FeO + H2O = Fe2O3 + 2H+ + 2e E = -0,057 - 0,0592 pH E = 0,271 - 0,0592 pH 2Fe3O4 + H2O = 3Fe2O3 + 2H+ + 2e E = 0,221 - 0,0592 pH E = 1,208 - 0,0592 pH Fe++ + H2O = FeO + 2H+ Log (Fe++) = 13,29 - 2 pH FeO + H2O = HFeO2- + H+ Log(HFeO2-) = -18,30 + pH 2Fe+++ + 3H2O = Fe2O3 + 6H+ Log (Fe+++) = - 0,72 - 3pH +++ Log (Fe ) = 4,84 - 3pH 2FeOH++ + H2O = Fe2O3 + 4H + Log(FeOH++) = -3,15 -2pH Log (FeOH++) = -2,41-2pH 2Fe(OH)2+ = Fe2O3 + H2O + 2H+ Log Fe(OH)2+ = -7,84 - pH Log Fe(OH)2+ = - 2,28 - pH Fe = Fe++ + 2e E = -0,440 + 0,0295 log(Fe++) Fe + 2H2O = HFeO2- + 3H+ + 2e E = 0,493 - 0,0886 pH + 0,0295 log (HFeO2Fe = Fe+++ + 3e E = -0 037 + 0,0197 l0g (Fe+++) 3Fe++ + 4H2O +Fe3O4 + 8H+ + 2e E = 0,980 - 0,2364 pH - 0,0886 log (Fe ++) 3HFeO2 + H+ = Fe 3O4 + 2H2O + 2e E = -1,819 + 0,0295 pH 0,0886 log HFeO22Fe++ + 3H2O = Fe2O3 + 6H+ + 2e E = 0,278 - 0,1773 pH - 0,0592 log (Fe ++) E = 1,057 - 0,1773 pH - 0,0582 log(Fe++) 2HFeO2- = Fe2O3 + 2e E = -1,139 - 0,0592 log (HFeO2-) E = -0,810 - 0,0592 log (HFeO2-)
