126 6. LAPISAN PELINDUNG 6-1 Pendahuluan Kereaktifan kimia dari logam-logam tertentu di lingkungan dimana logam berada, mendorong diterapkannya usaha untuk melindungi logam tersebut dengan cara mencegah permukaan logam mengalami kontak dengan lingkungan. Usaha ini dapat dilakukan dengan melapisi permukaan logam dengan materi yang inert terhadap lingkungan dimana logam mengalami kontak langsung dengan lingkungan tersebut. Materi yang inert ini disebut lapisan pelindung. Lapisan pelindung dapat mempunyai tampilan seperti logam (metalik) atau nonlogam (non metalik). Lapisan pelindung nonmetalik dapat anorganik seperti oksida, lapisan (film) fosfat atau chromat, dan materi ceramic, atau organik seperti cat dan lacquer (vernis). Lapisan pelindung tidak hanya harus inert secara kimia, akan tetapi juga harus cukup tebal. Selain melindungi logam dari korosi, lapisan pelindung dapat digunakan juga sebagai dekorasi dan memberi logam sifat-sifat mekanik dan fisik yang spesifik seperti tahan terhadap aus dan oksidasi, dan sifat-sifat isolasi terhadap panas, tergantung pada lapisan pelindung yang digunakan. Supaya berfungsi secara efektif, lapisan pelindung harus menempel dengan baik pada permukaan logam. 6-2 Pembersihan Permukaan Supaya lapisan pelindung melekat dengan baik pada permukaan logam, perlu dilakukan pembersihan dan perlakuan awal pada permukaan logam. Metoda ini meliputi degreasing dan descaling. 1. Degreasing Tujuannya adalah menghilangkan senyawa-senyawa minyak, lemak, dan bahan lemak lainnya yang digunakan sebagai pelindung sementara selama logam disimpan. Degreasing yang efektif dilakukan dengan menggunakan pelarut organik seperti nafta, khloro hidrokarbon (trikhloro atau tetrakhloro etilen), toluen, xylen, aseton, dll. Pembersihan dan perlakuan awal ini diikuti dengan pemanasan permukaan logam dan pembersihan lagi dengan menggunakan air panas yang mengandung senyawa basa
26
Embed
6. LAPISAN PELINDUNGebook.itenas.ac.id/repository/2af06ea13b939b6714c... · Aloy (campuran logam) Al yang terdiri atas 4% Cu, 0,5% Mg, 0,5% Mn, dan sejumlah kecil Si dan Fe. Aloy
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
126
6. LAPISAN PELINDUNG
6-1 Pendahuluan
Kereaktifan kimia dari logam-logam tertentu di lingkungan dimana logam berada,
mendorong diterapkannya usaha untuk melindungi logam tersebut dengan cara mencegah
permukaan logam mengalami kontak dengan lingkungan. Usaha ini dapat dilakukan dengan
melapisi permukaan logam dengan materi yang inert terhadap lingkungan dimana logam
mengalami kontak langsung dengan lingkungan tersebut. Materi yang inert ini disebut
lapisan pelindung. Lapisan pelindung dapat mempunyai tampilan seperti logam (metalik)
atau nonlogam (non metalik). Lapisan pelindung nonmetalik dapat anorganik seperti
oksida, lapisan (film) fosfat atau chromat, dan materi ceramic, atau organik seperti cat dan
lacquer (vernis). Lapisan pelindung tidak hanya harus inert secara kimia, akan tetapi juga
harus cukup tebal. Selain melindungi logam dari korosi, lapisan pelindung dapat digunakan
juga sebagai dekorasi dan memberi logam sifat-sifat mekanik dan fisik yang spesifik
seperti tahan terhadap aus dan oksidasi, dan sifat-sifat isolasi terhadap panas, tergantung
pada lapisan pelindung yang digunakan. Supaya berfungsi secara efektif, lapisan pelindung
harus menempel dengan baik pada permukaan logam.
6-2 Pembersihan Permukaan
Supaya lapisan pelindung melekat dengan baik pada permukaan logam, perlu dilakukan
pembersihan dan perlakuan awal pada permukaan logam. Metoda ini meliputi degreasing
dan descaling.
1. Degreasing
Tujuannya adalah menghilangkan senyawa-senyawa minyak, lemak, dan bahan lemak
lainnya yang digunakan sebagai pelindung sementara selama logam disimpan.
Degreasing yang efektif dilakukan dengan menggunakan pelarut organik seperti nafta,
khloro hidrokarbon (trikhloro atau tetrakhloro etilen), toluen, xylen, aseton, dll.
Pembersihan dan perlakuan awal ini diikuti dengan pemanasan permukaan logam dan
pembersihan lagi dengan menggunakan air panas yang mengandung senyawa basa
127
dan alkalin. Pada degreasing alkalin, untuk menghilangkan sejumlah besar lapisan cat
lama dan bahan minyak yang bandel, permukaan logam diberi larutan senyawa
pembersih seperti natrium fosfat (Na3PO4) dan sabun atau surfaktan sintetis. Setelah
pembersihan alkalin, permukaan logam dicuci dengan air dan direndam dalam larutan
kalium khromat (inhibitor anodik) untuk pencegahan korosi sementara sampai lapisan
pelindung lainnya digunakan.
2. Descaling
Tujuannya adalah menghilangkan kerak oksida dan hasil-hasil korosi dari permukaan
logam. Caranya dimulai dengan metoda mekanik dan dilanjutkan dengan metoda
kimia. Metoda mekanik terdiri atas wire brushing yaitu menyikat permukaan logam
dengan kawat, dilanjutkan dengan shot blasting yaitu penyemprotan permukaan logam
dengan partikel-partikel kasar untuk menggosok, seperti leburan bauksit, butiran-
butiran halus logam, silika, dll., yang disemprotkan ke permukaan logam dibawah udara
tekan (pneumatic blasting). Shot blasting ini menimbulkan masalah kesehatan yang
berkaitan dengan iritasi dari saluran pernapasan, oleh karena itu diperlukan tindakan
pencegahan. Dalam hal baja, proses descaling dapat efektif dengan pembakaran
menggunakan oksiasetilen, tujuannya untuk melonggarkan kerak oksida dari permukaan
logam, yang kemudian dihilangkan dengan wire brushing. Metoda mekanik cukup
memuaskan untuk permukaan yang harus dicat secara berkala.
Metoda kimia untuk menghilangkan kerak disebut pickling (pengasaman) yaitu
merendam permukaan yang akan dihilangkan keraknya dengan larutan asam. Setelah
digunakan, misal mesin yang berputar dengan adanya unsur panas, permukaan logam
akan terlapisi dengan lapisan FeO, lapisan Fe3O4 di atas lapisan FeO, dan lapisan Fe2O3
di lapisan paling atas. Kerak campuran (komposit) ini disebut mill scale (kerak pabrik)
yang akan menghambat pelapisan permukaan logam dengan lapisan pelindung seperti
pengecatan, dll. Kerak seperti ini paling baik dihilangkan dengan pickling, yaitu
merendam lapisan oksida dengan larutan asam H2SO4 25% atau asam HCl 10%.
Kecepatan pickling tergantung pada lapisan oksida pada permukaan logam. Pada mill
scale, yang langsung dapat larut adalah lapisan oksida FeO, diikuti dengan Fe3O4 dan
Fe2O3. Pickling sangat baik digunakan untuk mill scale yang banyak mengandung FeO
dan sedikit Fe3O4 dan Fe2O3. Dulu banyak dipakai asam H2SO4 karena lebih ekonomis,
sekarang lebih banyak digunakan asam HCl, karena tersedia dalam jumlah yang lebih
128
banyak, proses pickling yang lebih cepat, dan proses pembuangan serta daur ulang dari
larutan asam yang lebih mudah. Reaksi utama dalam proses pickling adalah pelarutan
besi (Fe) pada anoda diikuti dengan reaksi reduksi dari lapisan oksida dan ion H+ pada
katoda.
Anoda : Fe Fe2+ + 2 e –
Katoda : Fe3O4 + 8 H+ + 2 e – 3 Fe2+ + 4 H2O
Fe2O3 + 6 H+ + 2 e – 2 Fe2+ + 3 H2O
2 H+ + 2 e – H2
6-3 Lapisan Pelindung Logam
Penggunaan lapisan pelindung logam dapat dilakukan dengan cara-cara clading, dipping,
spraying, cementation, dan electro depotition.
1. Cladding
Logam yang akan dilapisi (logam dasar) diletakkan diantara 2 lembar logam lapisan
pelindung, kemudian seluruh lapisan logam ditekan (dipres).
Contoh:
a. Duralumin
Aloy (campuran logam) Al yang terdiri atas 4% Cu, 0,5% Mg, 0,5% Mn, dan
sejumlah kecil Si dan Fe. Aloy Al ini kuat dan tahan terhadap korosi.
b. Stainless steel yang dijepit dengan nikel dan aloy nikel banyak digunakan untuk
peralatan yang digunakan sebagai wadah zat-zat kimia, minyak bumi, karet, kertas,
dan industri sabun.
c. Baja yang dijepit dengan Cu digunakan dalam industri listrik karena mempunyai
konduktivitas listrik dan kekuatan tinggi.
129
d. Baja yang dijepit dengan Al digunakan untuk badan pesawat terbang dan tangki air
dan bensin.
2. Dipping
Cara ini digunakan untuk lapisan pelindung logam atau aloy yang memiliki titik leleh
yang rendah, seperti Zn, Sn, Pb, dll. Logam dasar yang akan dilapisi lapisan pelindung
dicelup ke dalam bak berisi lapisan pelindung cair, ketebalan dari lapisan pelindung
diatur dengan menekan sisa lapisan pelindung dengan pemutar (rollers). Pelapisan
dengan cara ini tidak seragam. Pelapisan Zn pada besi melalui proses ini disebut
galvanizing dan pelapisan timah (tin/Pb) pada besi disebut tin plating. Sekarang tin
plating dilakukan dengan elektrolisis menggunakan larutan sodium stannate
(Na2SnO3.3H2O). Pelapisan dengan dipping panas biasanya paling sedikit terdiri atas
dua lapisan, lapisan aloy yang menempel pada permukaan logam dasar dan lapisan di
atasnya yang relatif merupakan logam pelapis murni. Pada galvanisasi besi, digunakan
senyawa inter-metallic seperti Fe3Zn10, FeZn, FeZn13, sedangkan pada tin plating besi
digunakan lapisan aloy FeSn2. Galvanisasi besi digunakan untuk bagian dalam badan
mobil, atap, pipa, penyangga lampu, dan paku, sedangkan tin plating digunakan untuk
tempat bahan makanan (food container).
3. Spraying
Aliran logam cair sebagai lapisan pelindung seperti Al, Zn, dll. disemprotkan pada
permukaan logam yang dilindungi sebagai butiran atomisasi dengan menggunakan
kompresor udara. Lapisan pelindung logam yang disemprotkan akan lebih berpori
dibandingkan dengan cara pelapisan lainnya. Meskipun demikian hal ini tidak
mengurangi kekuatan dari lapisan pelindung tersebut dalam hal melindungi logam
dasar. Salah satu keuntungan besar dari metoda ini adalah bahwa spraying dapat
digunakan terhadap struktur yang sudah jadi seperti jembatan, kendaraan perang (tank),
130
kapal, menara, dll., dengan demikian maka kerusakan lapisan pelindung pada saat
proses pembuatan struktur dapat dihindari.
4. Cementation
Pada proses ini lapisan pelindung dalam bentuk bubuk logam dilekatkan pada
permukaan logam dasar dan dipanaskan pada temperatur yang cukup tinggi supaya
terjadi difusi dari lapisan pelindung ke logam dasar. Obyek-obyek kecil seperti sekrup
dan mur dapat dilapis dengan lapisan Zn, Al, atau Cr yang sangat tipis dengan
memanaskan bagian tersebut dengan campuran bubuk Zn, ZnO (sherardizing) atau
bubuk Al, Al2O3, dan NH4Cl (calorizing process), atau Cr dan alumina (chromizing).
Pada sherardizing, terbentuk aloy FeZn7, baja yang dilapisi Zn ini digunakan pada
pembuatan furnitur, kusen jendela, konduktor listrik, pengait, engsel, dll. Pada
chromizing, logam dasar adalah baja yang mengandung kadar karbon rendah (0,1 –
0,2%). Penggunaan Al2O3 adalah untuk mencegah penggabungan partikel-partikel
chromium. Diyakini bahwa terbentuk larutan padat dari Cr dalam Fe. Baja yang
chromizing digunakan untuk peralatan yang tahan terhadap korosi yang berasal dari
semprotan garam, uap, dan larutan encer HNO3. Pada calorizing, penggunaan Al2O3
adalah untuk mencegah penggabungan aluminium, diyakini bahwa terbentuk larutan
padat Al dalam Fe. Baja yang calorizing digunakan untuk bagian-bagian pembakar,
katup, kondensor pada penyulingan minyak, dan peralatan umum yang tahan terhadap
oksidasi dan serangan sulfur pada temperatur tinggi.
131
5. Electro deposition
Electro deposition merupakan metoda pelapisan logam yang paling banyak digunakan,
dengan logam pelapis diantaranya adalah Au, Ag, Cu, Sn, Ni, Cd, Cr, Zn, dan Pb.
Logam yang akan dilapisi dijadikan katoda dalam bak pelapis yang berisi ion-ion
logam yang akan diendapkan. Anoda biasanya logam atau materi inert dengan
konduktivitas listrik yang baik (grafit). Biasanya diupayakan supaya kecepatan
pelarutan pada anoda dan kecepatan pengendapan pada katoda sama, supaya komposisi
elektrolit tetap. Untuk sifat melindungi, banyak digunakan pelapisan dengan chromium.
Pelapisan chromium (Cr) dilakukan dalam bak yang berisi asam chromat, bertindak
sebagai anoda adalah Pb, sedangkan katoda adalah logam dasar yang akan diberi
lapisan pelindung. Lapisan padat logam Cr pada dasarnya rapuh, lapisan ini akan retak
dan terkelupas sebelum mencapai ketebalan tertentu. Oleh karena itu besi terlebih
dahulu dilapisi dengan Cu, lalu Ni, baru kemudian dengan Cr. Ni melindungi
permukaan besi, sedangkan Cr meningkatkan penampilan. Pelapisan ini menunjukkan
kekerasan yang tinggi, koefisien gesekan yang rendah, dan ketahanan tinggi terhadap
korosi.
Pelapisan dengan pencelupan disebut electroless plating, dimana ion-ion dari logam
mulia dipindahkan dari larutan garam oleh atom-atom logam yang lebih tidak mulia.
Electroless plating ini sangat seragam tetapi tipis.
132
6-4 Lapisan Pelindung Non Logam – An Organik
Lapisan pelindung anorganik terdiri atas surface or chemical conversion coating dan
ceramic protective materials.
1. Surface or chemical conversion coating
Selain melindungi logam dasar dari korosi, pelapisan ini juga menyediakan permukaan
yang ideal untuk pengecatan atau tindakan dekorasi lainnya. Secara komersial surface or
chemical conversion coating digunakan untuk besi dan baja, Al dan aloy nya, dan Zn
dan aloy nya. Senyawa yang kurang reaktif dan lebih tahan korosi terbentuk secara kimia
atau elektrokimia pada logam dasar, dan menyatu dengan logam dasar. Beberapa contoh
adalah sebagai berikut :
a. Phosphate coating
Phosphate coating atau pelapisan fosfat dihasilkan melalui reaksi kimia larutan cair
garam fosfat dari Fe, Mn, atau Zn dalam larutan encer asam fosfat. Proses ini
digunakan untuk logam dasar dari bahan Fe, baja, atau Zn. Proses pelapisan fosfat
yang sering digunakan dan merupakan proses yang sudah dipatenkan adalah
parkerizing, bonderizing, dan cosletizing. Reaksi kimia yang menuju pada
pembentukan lapisan fosfat pada permukaan besi, dengan menggunakan larutan
fosfat yang terdiri atas Zn dan fosfat primer, Zn(H2PO4)2, dan asam fosfat bebas,
dapat digambarkan sebagai berikut :
a. Fe + 2 H3PO4 Fe(H2PO4)2 + H2
b. 3 Zn(H2PO4)2 + H2O Zn3(PO4)2 + 4 H3PO4
c. Fe(H2PO4)2 FeHPO4 + H3PO4
d. 3 FeHPO4 Fe3(PO4)2 + H3PO4
Ketika permukaan besi dan baja dicelup kedalam bak fosfat maka akan diserang
oleh asam fosfat seperti pada reaksi (1). Zn atau Fe fosfat primer akan mengalami
hidrolisis seperti pada reaksi (2). Fe fosfat primer bereaksi membentuk fosfat
sekunder seperti pada reaksi (3), dan fosfat sekunder bereaksi membentuk fosfat
tertier seperti pada reaksi (4). Persamaan reaksi (2), (3), dan (4) menyebabkan
pembentukan asam fosfat (H3PO4). Karena asam fosfat digunakan oleh Fe, maka
kesetimbangan persamaan reaksi (2), (3), dan (4) akan terganggu, mengakibatkan
133
kondisi super jenuh, yang mengawali pengendapan Fe sekunder dan Zn fosfat
tertier, pada permukaan logam. Reaksi secara keseluruhan adalah sebagai berikut :