ELEKRTROPLATING DENGAN LARUTAN ELEKTROLIT NIKEL PADA BAJA ST 37 Lapora n Praktek Untuk memenuhi tugas praktik mata kuliah Teknik Pelapisan dengan Dosen Pengempu Ir. Agus Solehudin MT. Oleh Dadan ahmad hidayat 1000306 JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK MESIN FAKULTAS PENDIDIKAN TEKNOLOGI DAN KEJURUAN UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA
31
Embed
karyatulisilmiah.comkaryatulisilmiah.com/wp-content/uploads/2016/04/ELEKRTRO... · Web viewPada anoda yakni logam Nikel terjadi oksidasi sehingga akan terbentuk ion-ion positif, pada
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
ELEKRTROPLATING DENGAN LARUTAN ELEKTROLIT
NIKEL PADA BAJA ST 37Laporan Praktek
Untuk memenuhi tugas praktik mata kuliah Teknik Pelapisan dengan Dosen
Dengan adanya ligan Cl- dalam larutan nikel(II) akan membentuk ion kompleks
tetrakloronikelat(II), persamaan reaksinya sebagai berikut :
Ni2+ (aq) + 4Cl- (aq)→[NiCl4]2+ (aq)
Garam-garam nikel (II) yang stabil diturunkan dari nikel (II) oksida, NiO yang
berwarna hijau. Penggunaan nikel yang paling banyak adalah pada industri
pelapisan logam.
2.3. Pelapisan Nikel (Ni plating)
Adalah proses pelapisan yang menggunakan logam Ni sebagai pelapisnya.
Pada proses Ni plating digunakan beberapa zat kimia yang berupa larutan sebagai
sumber pelapis
- (Nikel klorida)
- (Nikel sulfat) watts solutions
- (Asam borik)
Selain dari bahan diatas ada juga bahan tambahan misalnya untuk
pengkilat kita gunakan “Nisol”.
Reaksi dari ketiga larutan diatas adalah sebagai berikut:
Fungsi dari Ni2+ ini adalah sebagai sumber pelapis. Disini yang jadi pertanyaan adalah Ni2+ adalah ion sedangkan yang dibutuhkan untuk menjadi pelapis haruslah jadi padatan. Ni
Ni2+ berfungsi sebagai pelapis
H+ penstabil pH, kira-kira pH nya 3 – 5.
Karena waktu proses dikondisikan asam, ini bertujuan untuk mengurangi
oksigen sehingga efeknya akan terjadi hidrogen dipermukaaan
2.3.1. kompisisi larutan
A. Larutan untuk Pelapis Biasa
Komposisi untuk tiap liter air pH rendah pH tinggi
Nikel Sulfat Nikel Chlorida Asam Borat Kondisi operasi pH Suhu Rapat Arus
Larutan elektrolit yang digunakan dalam pelapisan dalam jumlah banyak (barrel)
ada beberapa diantaranya
B. Larutan Untuk Pelapisan Hitam
C. Larutan untuk pelapisan keras
1. Nikel sulfat : 180- 200gram/I Nikel chlorida : 45-55 gram/I Asam borat : 25-35 gram/I Magnesium sulfat : 200-240 gram/I Kondisi operasi pH : 5-6 suhu : 20-28dc Voltage : 6-8
2. Nikel sulfat : 140-180 gram/I Ammonium chlorida : 30-40 gram/I Asam borat : 30-40 gram/I Kondisi operasi pH : 5-5,5 Suhu : 30-40 dc Voltage : 9-12
3. Nikel sulfat : 150-200 gram/I Nikel chlorida : 150-200 gram/I Asam borat : 22,5-25 gram/I Kondisi operasi : pH : 4,5-5 Suhu : 50-55 dc
Komposisi untuk tiap liter air : Nikel Sulfat : 65-75 gram/I Nikel Ammonium Sulfat : 40-45 gram/I Seng Sulfat (kristal) : 35-40 gram/I Sodium Thiosianat : 15-20 gram/I Kondisi operasi : pH : 5 Suhu : ruangan Rapat arus : 1-2 A/dm2
Sifat mekanik dari lapisan nike keras dapat ditunjukan sebagai berikut: Kekerasan ( vickers VHN-10) : 425 Kekuatan tarik : 152.000 psi Perpanjangan : 2% dalam 2 inch Larutan yang digunakan adalah sebagai berikut : Komposisi untuk tiap liter air : Nikel Sulfat : 175-185 gram/I Ammonium Chlorida : 20-25 gram/I Asam Borat : 27 -32 gram/I Kondisi operasi : pH : 5,6-5,9 Suhu : 40-50 dc Rapat arus : 3-6 A/dm2
D. Larutan Untuk Pelapisan Mengkilap
Larutan yang digunakan dalam pelapisan nikel mengkilap ada beberapa, diantaranya :
2.4.Proses Pelapisan Elektroplating Nikel
Larutan 1 ( tipe watt) Total nikel : 75-115 gram/I Nikel sulfat : 260-450 gram/I Nikel chlorida : 42-115 gram/I Asam borat : 37,5-47,5 gram/I Brightener : 5-15 ml/I Kondisi operasi : pH : 2,8-4,5 Suhu : 40-70 dc Rapat arus : 1-12 A/dm2
Larutan 2 (tipe fluoborat) Total nikel : 80-115 gram /I Nikel fluoborat : 300-440 gram/I Asam fluoborat bebas : 10-25 gram/I Asam borat : 25-30 gram/I Brightener : 5-15 ml/I Kondisi operasi : pH : 2,7-3.5 Suhu : 50-60 dc Rapat arus : 2-18 A/dm2
Kondisi operasi :pH : 3-3,5Suhu : 50-60 dcRapat arus : 2-18 A/dm2
Bahan yang akan diproses (pembesihan mekanis)
Degreasing /
Pencucian
lemak
Pembilasan dengan air
Pickling/Pencucian asam
Platting proses Proses Pelapisan
Finishing
Pembilasan dengan air
Pembilasan dengan air
Gambar 2.3. Diagram Rangkaian Proses
Ni Platting
1) Alat-alat yang digunakan untuk Pelapisan logam Ni
a. Rectifier (alat elektronik yang mengubah arus AC menjadi DC) (Prinsip
Transformator).
Tegangan sekunder 6-12 volt
Arus tergantung luas permukaan yang dilapisi. Semakin besar luas permukaan
yang dilapisi maka akan semakin besar arus yang diperlukan.
b. Bak pelapis
Bak pencucian: pada intinya bak terbuat dari bahan tahan korosi atau tahan
degradasi asam. Bahan yang biasa digunakan biasanya jenis fiber dan untuk
ukuran disesuaikan dengan benda kerja yang akan diplating.
2) Proses Pencucian pada Pelapisan Ni
Proses pencucian ini merupakan tahapan yang harus dilalui sebelum
melapis benda kerja yang akan diplatting atau dilapis. Proses-proses tersebut di
antaranya:
a. Degresing, adalah suatu cara pencucian logam yang mau dilapis dengan
menggunakan larutan basa, biasanya NaOH. Tujuannya untuk
menghilangkan lemak dari permukaan yang akan dilapis. Lemak harus
dibersihkan dari permukaan benda kerja yang akan diplating karena akan
mempengaruhi proses plating (kurang optimal) dan bahkan bisa
menyebabkan tidak terjadi penempelan/pelapisan.
Untuk degresing ada dua jenis :
Degresing elektrik : Menggunakan rectifier arus DC yang dihubungkan
dengan benda kerja pada kutub positifnya dan kutub negatifnya pada
logam peyeimbang arus (bisa digunakan logam baja atau Pb). Lamanya
proses degresing ini kurang lebih 10–15 menit tergantung banyaknya
lemak. Kalau lemaknya banyak tentu bisa lebih lama lagi.
RECTIFIER
+ _
NaOH
BAJA/PBGambar 2.4. Rangkaian proses
Degresing non elektrik : Pada degresing non elektrik ini tidak
menggunakan alat elektrik. Pada prosesnya digunakan pembersih lain
misalnya detergent bisa juga dengan dicelupkan pada larutan alkali.
b. Pikling, adalah suatu metode pencucian yang digunakan untuk menghilangkan karat dengan larutan asam (HCl, H2SO4, atau campuran HCl + H2SO4). Prose pikling tidak jauh beda dengan degresing. Kenapa memakai larutan asam, karena asam bisa melarutkan. HCl adalah asam kuat, digunakan untuk karat yang bandel atau banyak dan mempunyai daya larut lebih baik. H2SO4, untuk karat yang sedikit dan lebih ekonomis. Untuk benda-benda hasil coran cetakan pasir biasanya ada bekas cetakan pada hasil corannya. Maka digunakan campuran asam (HCl + H2SO4) dan juga ongkos kerja untuk pelapisan pada benda coran ini boleh dibilang lebih mahal.
2. Mekanisme Ni Platting
Benda kerja di hubungkan dengan kutub negatif rectifier dan logam
penyeimbang Ni. Alasan digunakan logam Ni ini karena nantinya Ni ini akan
mensuplay Ni yang ada di larutan. Logam Ni ini dihubungkan dengan kutub
positif rectifier. Arus akan mengalir logam yang memiliki potensial tinggi ke
logam yang memiliki potensial rendah dan elektron akan bergerak sebaliknya.
Katoda
Terjadi proses reduksi
Anoda Terjadi proses oksidasi
temperatur yang cocok untuk Ni sekitar 50-60oC.
Rectifier
- +
Ni2+,Cl-,SO42-,HBO3
Nikel
katoda
anoda
Benda Kerja
Gambar 2.5. Mekanisme Pelapisan Ni
BAB III
DATA PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
3.1. Data Percobaan
Keselamatan dan Kesehatan Kerja
1. Menggunakan pakaian kerja.
2. Menggunakan peralatan sesuai dengan cara dan fungsinya.
3. Bekerjalah secara sistematis dan sesuai dengan aturan.
4. Bersihkan dan rapikan peralatan sebelum dan sesudah digunakan.
Alat Dan Bahan
B.1. Alat-alat yang digunakan pada proses pelapisan ini adalah:
Bak reaksi
Rectifier 50 A, 12 V dan konduktor
Pemanas dan Thermomter
Magnet pengaduk dan pemanas
Desikator
Multitester / avo meter
Thermometer untuk mengukur suhu
Anoda logam dan nikel
B.2. bahan bahan yang digunakan pada proses pelapisan ini adalah :
Nikel Klorida (NiCl2)
Nikel Sulfat (NiSO4)
Asama Borit (H2BO3)
Bahan Pengikat (Nisol)
Logam Baja (St-37) ukuran P: 53,7 mm L:25,5 mm T:2,9 mm dan berat
awal : 31,67 gram
Langkah Proses Pelapisan
C.1.Langkah pembuatan larutan
a) Pembuatan larutan degresing
Timbang larutan NaOH sampai ± 20.022 gr. NaOH di larutkan dengan air
200 ml dan di masukkan magnet pada alat (magnetic stirrer with heater)
proses ini terjadi pelarutan NaOH dengan air menggunakan magnet
sebagai pengaduk selama ± 3 menit. Larutan tersebut untuk proses
Degresing. Gambar terlampir .
b) Pembuatan larutan pickling
Pickling menggunakan cairan HCL 20 ml + air sehingga menjadi 200 ml
Larutan. Gambar terlampir.
c) Pembuatan larutan elektroplating Ni (nikel)
1. NiSO4 di timbang ± 240.07 gr
2. Dilarutkan pada bak reaksi dengan mesin kompor pelarut/magnet
pengaduk dengan pemanas air maksimal 1000 ml.
3. NiCL2 ditimbang ± 45.049 gr
4. Lalu di larutkan pada larutan NiSO4 + air.
5. H2O3 di timbang ± 30.0667 gr
6. Lalu di larutkan pada NiSO4 + air.
Larutkan NiSO4 + NiCL2 + air + H3BO3 selama ± 18 menit dengan
volume air 1000 ml. eralut, magnet pengaduk dengan pemanasa
dengan air maksimal 1000 ml, Gambar Terlampir.
C.2. Langkah Pelapisan Nikel
Diagram Alir Proses Elektroplating
Gambar 3.1. Diagram Alir Proses Elektroplating
Pelapisan dengan anoda Ni.Pada proses pelapisan anoda yang digunakan adalah Ni dalam bentuk lempengan dan larutan yang digunakan adalah :
- NiCl2 : 45 gr/ltr
- NiSO4 : 240 gr/ltr
- H3BO3 : 30 gr/ltr
Benda Kerja Degresing Rinshing
Pelapisan nikel PicklingRinshing
Kondisi untuk platting yaitu :
1. Suhu larutan 39oC.
2. Campuran larutan mempunyai = 4,5 – 6,5 oC.
3. Waktu proses pelapisan 10 menit.
4. Arus yang digunakan pada waktu proses pelapisan Ni adalah sekitar 5 Ampere.
5. Besar tegangan yang digunakan/terukur sebesar 5 volt.
Tahapan Proses pelapisan :
1. Benda kerja di celupkan Pada degreshing pada larutan NaOH langsung di
rinshing ±2 celupan , selanjutnya di celupkan pada larutan pickling dan di
rinshing lagi.
2. setelah proses pelepasan lemak dilanjutkan dengan perendaman pada
larutan nikel dengan 5 volt dan 5 ampere pada bak proses selama 10
menit.terilhat pada gambar.
Gambar 3.2. Proses Elektroplating Nikel
3. Selama proses dilakukan penggoyangan untuk menghilangkan atom-atom
hydrogen yang terjebak.
4. Proses Pembilasan Setelah Proses Pelapisan Proses pembilasan
menggunakan media air Rinshing.
5. Finishing Dalam proses finishing benda kerja dikeringkan.
3.2 PEMBAHASAN
1. Temuan Praktek
Pada proses electroplating terutama pada pelapisan nikel, untuk
mendapatkan hasil pelapisan yang baik memerlukan kondisi yang sesuai seperti
waktu proses pelapisan, besar arus yang digunakan ataupun penggunaan suatu
lapisan dasar seperti logam Fe. Cacat yang dapat timbul pada hasil pelapisan
antara lain permukaan berwarna, timbul bintik-bintik, dan permukaan kasar. Cacat
yang ditimbulkan seperti bintik hitam dapat dikarenakan oleh adanya asam yang
terkandung dalam larutan elektrolit, Asam tersebut berasal dari aquadest yang
sudah tidak murni dan terkontaminasi zat lain. Dengan reaksi sebagi berikut:
H2O H+ + OH-
2H+ + 2e- H2 (menimbulkan asam)
Proses elektroplating terjadi apabila arus listrik searah (DC) dialirkan
antara kedua elektroda anoda dan katoda dalam larutan elektrolit dengan waktu
proses pelapisan yang telah ditentukan. Pada anoda yakni logam Nikel terjadi
oksidasi sehingga akan terbentuk ion-ion positif, pada larutan elektrolit terjadi
elektrolisis garam-garam logam. Logam Ni yang telah mengalami oksidasi akan
melepaskan elektron-elektron dan larut dalam larutan elektrolit. Logam Ni yang
teroksidasi akan menggantikan ion logam dalam larutan elektrolit yang ditarik
oleh elektroda negatif (katoda) yaitu besi. Dengan adanya hal tersebut akan
terbentuk endapan pada katoda yang berupa berat lapisan. Larutan elektrolit yang
digunakan merupakan garam logam nikel sulfat (NiSO4). Karena pada anoda dan
katoda terjadi perbedaan potensial setelah dialiri listrik, maka logam nikel akan
teroksidasi menjadi ion logam bermuatan positif (Ni2+), ion logam nikel (Ni2+) dari
anoda larut dalam larutan untuk menggantikan ion logam nikel (Ni2+) dari garam
logam NiSO4 yang telah terelektrolisis menjadi Ni2+ dan SO42- dan tertarik ke
katoda untuk membentuk lapisan nikel.
Reaksi yang terjadi selama proses pelapisan berlangsung :
Ni Ni2+ + 2e (Oksidasi pada anoda)
NiSO4 Ni2+ + SO4 (Elektrolisis garam logam)
Ni2+ + SO42- NiSO4 (Penggantian ion pada larutan)
Ni2+ + 2e Ni (Reduksi logam)
Berikut Gambar hasil pencelupan benda kerja ke dalam larutan elektrolit
nikel pada proses pelapisan.
Gambar 3.3. Hasil Proses Pelapisan Nikel
Dari gambar di atas terlihat hasil lapisan terdapat bintik bintik hitam dan ujung
lapisan terlihat gosong, ini di akibatkan karena pada proses degreshing tidak
sempurna.
2. Perhitungan Ketebalan Hasil Pelapisan Nikel Dengan melakukan substitusi persamaan yang ada secara teoritis maka
untuk mencari ketebalan hasil pelapisan dengan persamaan :
t =Waktu/lama proses (detik)
di mana : e = Griteqivalen =
i = Arus yang diperlukan (Ampere/dm2) =
= Massa jenis atom Ni (gr/dm3)
F = Tetapan 96500 (C/mol)Dik :
Ukuran Pelat besi st37 yang dilapis Nikel
V = 53,7mm x25,5 mm x 2,9 mm
Ar Ni = 58,69 ; = 8314 gr/dm3 ; I = 5 Ampere; t = 10 menit
F = 96500 C/mol
Dit : T (tebal pelapisan) ?
Jawab :
Luas baja plat yang dilapis :
Grit Eqivalen (e)
Rapat Arus ( i )
Ketebalan hasil pelapisan Ni :
dm
Jika hasil perhitungan diubah ke dalam maka didapat sekitar 36,5 m.
3. Perubahan Berat benda kerja
Berat total = Berat Akhir – Berat Awal
= 32,283 gr – 31,67 gr
= 0,613 gr
Jadi Berat Lapisan Pada Benda Adalah 0,613 gram
BAB IV
dm2
PENUTUP
4.1. kesimpulan
1. Hasil perhitungan menggunakan konsep substitusi persamaan, tebal yang
di hasilkan pada proses lapisan ini adalah sebesar 0,000365dm atau
36,5µm.
2. Berat lapisan nikel yang menempel pada spesimen yaitu sebesar
0,613gram.
3. Hasil pengamatan dan percobaan dengan menggunakan suhu 39 oC,
lapisan menutupi, hal ini sangat menghemat dimana suhu yang seharusnya
di pakai yaitu di atas 45 oC.
4. Hasil pengamatan setelah proses pelapisan dengan menggunakan elektrolit
nikel dari spesimen bagus tetapi ujungnya sedikit gosong, hal ini di
sebabkan karena pada proses pembentukan spesimen awal tidak bebas dari
kotoran kotoran dan masih ada lemak sebelum di proses elektroplating.
5. Jarak anoda ke katoda cukup dekat.
4.2. saran
1. Pada kajian selanjutnya dapat dilakukan lagi studi kasus dan pengamatan
mengenai elektroplating dengan menggunakan material dan metode proses
yang berbeda.
2. Mahasiswa yang melakukan praktik teknik pelapisan diberi akses yang
lebih luas demi kemudahan dalam proses percobaan.
DAFTAR PUSTAKA
Agus Solehudin, Ir, MT, 2001, Diktat Kuliah Teknik Pelapisan Logam, JPTMFPTK UPI, Bandung.
Mutholib, abu.2006.laporan Skripsi” Laporan tugas akhir elektroplating dekoratifprotektif dengan kapasitas larutan elektrolit nikel 20 l dan Khrom 10 L”.Fakultas teknik Universitas Dipenogoro.
Jobsheet praktikum korosi modul elektroplating nikel