1 Korosi dan Degradasi Material KOROSI DAN DEGRADASI MATERIAL A. PENDAHULUAN Setiap bahan akan mengalami interaksi dengan lingkungan dengan beragam cara. Seringkali, interaksi tersebut merusak fungsi material sebagai akibat dari memburuknya sifat mekanik (misalnya, daktilitas dan kekuatan), sifat fisik lainnya, atau penampilan. Dalam logam, ada kerugian material yang sebenarnya menguntungkan oleh disolusi (korosi). Keramik relatif tahan terhadap kerusakan, yang biasanya terjadi pada suhu tinggi atau di lingkungan agak ekstrim, proses ini sering juga disebut korosi. Masalah korosi logam adalah salah satu dari proporsi yang signifikan, dalam hal ekonomi, telah diperkirakan bahwa sekitar 5% dari pendapatan industri dihabiskan untuk pencegahan korosi dan pemeliharaan atau penggantian produk terkontaminasi sebagai hasil dari reaksi korosi. Untuk polimer, mekanisme dan konsekuensi berbeda dengan logam dan keramik, Degradasi merupakan istilah yang paling sering digunakan. Polimer dapat melarutkan ketika terkena cairan pelarut, atau mereka mungkin menyerap pelarut dan membengkak, juga, elektromagnetik radiasi (terutama ultraviolet) dan panas dapat menyebabkan perubahan dalam molekul struktur mereka. Kerusakan masing-masing jenis bahan tersebut akan dibahas dalam makalah ini, yang khusus terkait dengan mekanisme, ketahanan terhadap serangan berbagai lingkungan, dan langkah-langkah untuk mencegah atau mengurangi degradasi. B. PENGERTIAN KOROSI Korosi merupakan suatu proses perusakan atau penurunan kualitas suatu logam karena terjadinya reaksi dengan lingkungan. Korosi merupakan sebuah reaksi redoks antara logam dengan unsur-unsur lain yang ada pada lingkungan sehingga meghasilkan senyawa-senyawa yang tidak diinginkan. Dalam kehidupan sehari-hari korosi biasa kita kenal sebagai perkaratan. Korosi terjadi melalui reaksi redoks dimana logam mengalami oksidasi sedangkan oksigen dari lingkungan mengalami reaksi reduksi.
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
1 Korosi dan Degradasi Material
KOROSI DAN DEGRADASI MATERIAL
A. PENDAHULUAN
Setiap bahan akan mengalami interaksi dengan lingkungan dengan beragam cara.
Seringkali, interaksi tersebut merusak fungsi material sebagai akibat dari memburuknya sifat
mekanik (misalnya, daktilitas dan kekuatan), sifat fisik lainnya, atau penampilan. Dalam logam,
ada kerugian material yang sebenarnya menguntungkan oleh disolusi (korosi). Keramik relatif
tahan terhadap kerusakan, yang biasanya terjadi pada suhu tinggi atau di lingkungan agak
ekstrim, proses ini sering juga disebut korosi. Masalah korosi logam adalah salah satu dari
proporsi yang signifikan, dalam hal ekonomi, telah diperkirakan bahwa sekitar 5% dari
pendapatan industri dihabiskan untuk pencegahan korosi dan pemeliharaan atau penggantian
produk terkontaminasi sebagai hasil dari reaksi korosi.
Untuk polimer, mekanisme dan konsekuensi berbeda dengan logam dan keramik,
Degradasi merupakan istilah yang paling sering digunakan. Polimer dapat melarutkan ketika
terkena cairan pelarut, atau mereka mungkin menyerap pelarut dan membengkak, juga,
elektromagnetik radiasi (terutama ultraviolet) dan panas dapat menyebabkan perubahan dalam
molekul struktur mereka. Kerusakan masing-masing jenis bahan tersebut akan dibahas dalam
makalah ini, yang khusus terkait dengan mekanisme, ketahanan terhadap serangan berbagai
lingkungan, dan langkah-langkah untuk mencegah atau mengurangi degradasi.
B. PENGERTIAN KOROSI
Korosi merupakan suatu proses perusakan atau penurunan kualitas suatu logam karena
terjadinya reaksi dengan lingkungan. Korosi merupakan sebuah reaksi redoks antara logam
dengan unsur-unsur lain yang ada pada lingkungan sehingga meghasilkan senyawa-senyawa
yang tidak diinginkan. Dalam kehidupan sehari-hari korosi biasa kita kenal sebagai perkaratan.
Korosi terjadi melalui reaksi redoks dimana logam mengalami oksidasi sedangkan oksigen dari
lingkungan mengalami reaksi reduksi.
2 Korosi dan Degradasi Material
C. ASPEK ELEKTROKIMIA
Mekanisme korosi tidak terlepas dari reaksi elektrokima. Reaksi elektrokimia adalah
sebuah reaksi yang menghasilkan hubungan timbal balik antara perubahan kimia dengan gejala
kelistrikan. Dalam reaksi elektrokimia terjadi transfer electron sebagai gejala listrik dan reaksi
redoks yang terdapat didalamnya. Dalam reaksi redoks terjadi reaksi oksidasi dan reaksi reduksi.
Jadi reaksi redoks adalah reaksi kimia yang didalamnya terjadi proses oksidasi dan reduksi.
Reaksi diatas disebut reaksi redoks yang mana terlihat terjadinya proses oksidasi dan reduksi
OKSIDASI DAN REDUKSI
Telah dibahas sebelumnya bahwa dalam reaksi redoks terjadi oksidasi dan reduksi. Oksidasi
dan reduksi mempunyai perbedaan yang dilihat dari berbagai sisi yaitu :
- Dalam hal transfer oksigen
- Dalam hal transfer hydrogen
- Dalam hal transfer elektron
a. Oksidasi dan reduksi dalam hal transfer oksigen
Dalam hal transfer oksigen, Oksidasi berarti mendapat oksigen, sedang Reduksi adalah
kehilangan oksigen.
Sebagai contoh, reaksi dalam ekstraksi besi dari biji besi:
3 Korosi dan Degradasi Material
b. Oksidasi dan reduksi dalam hal transfer hydrogen
Dalam hal transfer hidrogen Oksidasi berarti kehilangan hidrogen, reduksi berarti
mendapat hidrogen. Perhatikan bahwa yang terjadi adalah kebalikan dari definisi pada transfer
oksigen. Sebagai contoh, etanol dapat dioksidasi menjadi etanal
Untuk memindahkan atau mengeluarkan hidrogen dari etanol diperlukan zat pengoksidasi
(oksidator). Oksidator yang umum digunakan adalah larutan kalium dikromat(IV) yang
diasamkan dengan asam sulfat encer. Etanal juga dapat direduksi menjadi etanol kembali dengan
menambahkan hidrogen. Reduktor yang bisa digunakan untuk reaksi reduksi ini adalah natrium
tetrahidroborat, NaBH4. Secara sederhana, reaksi tersebut dapat digambarkan sebagai berikut:
c. Oksidasi dan reduksi dalam hal transfer elektron
Dalam hal transfer Oksidasi berarti kehilangan electron. Sebagai contoh dari oksidasi
logam adalah :
Fe + 2
Al + 3
Tempat diamana terjadinya proses oksidasi disebut anoda. Terkadang oksidasi disebut
juga reaksi anodic. Sementara itu reduksi berarti menerima elektron.sebagai contoh dari sebuah
reaksi reduksi adalah sebagai berikut :
4 Korosi dan Degradasi Material
2 + 2
Reaksi reduksi dalam larutan asam
+
Akan ada kemungkinan reduksi terjadi pada larutan encer yang mana oksigen juga
dilarutkan berdasarkan reaksi berikut
Tempat terjadinya reduksi disebut katoda. Dan mungkin saja terjadi 2 atau lebih reaksi
reduksi sekaligus.
D. MEKANISME TERJADINYA KOROSI
Mekanisme korosi tidak terlepas dari reaksi elektrokimia.Reaksi elektrokimia yang
melibatkan perpindahan elektron- elektron yang merupakan reaksi anodic didaerah anodic.
Reaksi anodic (oksidasi) diindikasikan melalui peningkatan valensi/ produk elektron- elektron.
Reaksi anodic yang terjadi pada proses korosi logam yaitu:
M + ne
Proses korosi dari logam M adalah proses oksidasi logam menjadi suatu ion (n+) dalam
pelepasan n electron. Harga dari n bergantung dari sifat logam seperti contoh berikut:
Fe + 2e
Reaksi katodik juga berlangsung diproses korosi. Reaksi katodik diindikasikan melalui
penurunan nilai valensi atau konsumsi electron-electron yang dihasilkan dari reaksia anodic.
Reaksi katodik terletak di daerah katoda. Beberapa jenis reaksi katodik yang terjadi selama
proses korosi logam, yaitu :
Pelepasan gas hidrogen : + 2e H₂
Reduksi Oksigen: + 4 + 4e H₂O
+ 4OH
Reduksi ion logam : + e
Pengendapan logam : 3Na+ + 3e 3Na
Reduksi ion hidrogen : O₂ +4 +4e 2H₂O
O₂+ 2H₂O + 4e
5 Korosi dan Degradasi Material
Didalam air reaksi antara ion besi yang sangat tidak stabil dengan ion hydroksil yang
bermuatan negative menjadi garam ferro hidroksida yang tidak larut.
+ 2 Fe(OH)₂
Akibat adanya ion maka terjadi reaksi
Reaksi pembentukan karat yang terjadi
4Fe +
Dan
Selanjutnya
₂
Merupakan karat yang berwarna merah dan Fe₃O₄ merupakan karat yang berwarna
hitam.
Dari urain diatas dapat disimpulkan proses korosi di lingkungan basah dapat terjadi bila
tiga syarat terpenuhi, antara lain sebagai berikut :
a). Ada katoda dimana reaksi katodic terjadi
b). Ada lingkungan yang bersifat elektrolit
c). Ada anode dimana reaksi anodic terjadi
Adapun kriteria terjadinya peristiwa korosif disebabkan juga karena peristiwa elektrikal,
yaitu :
Anoda dan Katoda
Berada dalam media yang sama
Hubungan listrik antara anoda dan katoda
Adanya O₂
Proses terjadinya karat juga dapat digambarkan melalui reaksi kimia, reaksi-reaksi
elektrokimiawi terjadi dalam lingkungan netral pada anode.
6 Korosi dan Degradasi Material
Fe +2e (Reaksi oksidasi) pada katoda
H2O + ½O₂ + 2e 2 - (Reaksi reduksi)
Reaksi total :
Fe + ½O₂ + H₂O + 2OH + 4OH- 2Fe(OH)₂
2Fe(OH) + ½O₂ 2FeO(OH)H₂O (2H₂O + Fe O ), Yaitu KARAT.
Potensial Elektroda
Tidak semua logam mengoksidasi untuk membentuk ion dengan derajat yang sama.
berdasarkan sel elektrokimia yang ditunjukkan pada Gambar 17.2. Di sisi kiri adalah sepotong
logam dari besi murni direndam dalam larutan yang mengandung ion dari konsentrasi 1 M
. Di sisi lain dari sel terdiri dari elektroda tembaga murni dalam larutan 1 M dari ion .
Belahan sel dipisahkan oleh sebuah membran, yang membatasi pencampuran dua larutan. Jika
elektroda besi dan tembaga terhubung secara elektrik, maka reduksi akan terjadi untuk tembaga
dengan mengorbankan oksidasi besi, sebagai berikut:
atau ion akan deposit (electrodeposit) sebagai logam tembaga pada elektroda
tembaga, sementara besi larut (corrodes) di sisi lain dari sel dan masuk ke dalam larutan
sebagai Fe2. Dua setengah-sel reaksi yang diwakili oleh hubungan
Ketika melalui lintasan luar, elektron dari oksidasi besi mengalir pada sel sehingga
direduksi. Selain itu, disana juga akan terjadi pergerakan ion dari satu sel ke sel lain nya
melalui membran . Ini dinamakan galvanic couple dimana 2 logam terhubung secara elektrik
7 Korosi dan Degradasi Material
dalam sebuah larutan elektrolit dimana satu logam menjadi katoda, dan logam lain nya berperan
sebagai anoda.
Potensial elektron atau tegangan akan ada diantara kedua sel ini dan besarnya dapat
ditentukan jika voltmeter terhubung pada lintasan luar. Perbedaan antara kedua sel yang terdapat
di dalam sel volta disebut potensial electrode Potensial sel 0.780 V dihasilkan untuk sel galvanic
tembaga-besi saat temperature 25 . Berbagai pasangan electrode memiliki potensial elektron
yang berbeda dan besar dari masing-masing potensial elektron menunjukan kekuatan reaksi
oksidasi-reduksi nya.
The stdandard emf series
Ukuran dari potensial sel hanya menampilkan perbedaan potensial elektron, dan ini
sangat tepat untuk menentukan titik referensi ,atau sel referensi dari masing-masing sel yang
dibandingkan. Untuk mengukur potensial suatu elektrode digunakan elektrode lain sebagai
pembanding atau standar. Elektrode hidrogen digunakan sebagai electrode standar karena harga
potensialnya= 0.perhatikan gambar dibawah ini
Ini merupakan standar hydrogen electrode. Mengandung elektroda platinum iner pada 1
M larutan ion , dipenuhi oleh gas hydrogen yang menggelembung dalam larutan pada
tekanan 1 atm dan suhu 25 . Dalam hal ini platinum hanya berperan sebagai permukaan dimana
atom hydrogen mungkin beroksidasi atau ion hydrogen mungkin bereduksi. Standar emf series
sendiri didasarkan pada standar hidrogen electrode. Berikut tabel untuk standar emf series
8 Korosi dan Degradasi Material
Tabel ini juga menampilkan kecendrungan korosi dari berbagai logam. Semakin kebawah
dari table maka logam tersebut bersifat lebih reaktif dan semakin mudah untuk dioksidasi.
Table tersebut adalah untuk setengah reaksi saja yaitu reaksi reduksi dimana elektron
berada disisi kiri. Untuk menghitung potensial sel dari sebuah reaksi dapat memakai data
setengah reaksi dari standar emf series tersebut. Yaitu dengan persamaan:
E°sel = E°katode – E°anode
Dimana potensial sel katode adalah potensial sel dari reaksi reduksi, yang diambil dari table.
Sedangkan potensial sel anoda merupakan potensial sel dari reaksi oksidasi
M - reaksi katoda
reaksi anoda
Maka potensial sel untuk reaksi
M + +
Adalah -
Untuk reaksi ini, agar terjadi secara spontan harus positif. Ketika standar setengah
reaksi berpasangan bersama, maka logam dengan keberaadaan lebih rendah dalam tabel akan
lebih mudah teroksidasi.
9 Korosi dan Degradasi Material
Pengaruh suhu dan konsentrasi terhadap potensial sel
Pada standar emf series potensial sel dari logam pada konsentrasi 1M dari ion nya dan
pada suhu 25 . Mengubah konsentrasi atau suhu atau menggunakan elektroda campuran dari
logam murni akan mengubah potensial sel nya. Jika M1 dan M2 masing masing adalah logam
murni, maka potensial sel berdasarkan suhu mutlak T dan konsentrasi molar masing-masing
adalah
diberikan menurut persamaan :
Dimana R adalah gas konstan, n adalah jumlah elektron yang terkandung dalam setengah
reaksi, sementara F adalah konstanta faraday yaitu 96500 C/mol. Besar harga per mol ( 6.023 x
) elektron. Pada suhu kamar ( ) potensial elektron nya memenuhi persamaan
The galvanic series
Sel galvanic atau sel volta menunjukan tingkat reaktivitas suatu logam berdasarkan
kenaikan potensial sel nya. Untuk melihat tingkat kereaktifan logam maka telah disusun sebuah
deret elektrokimia yang biasa disebut deret volta. Tingkat kereaktifan logam berdasarkan
galvanic series ditampilkan dalam tabel berikut
10 Korosi dan Degradasi Material
Logam yang berada dibagian atas dari tabel tersebut bersifat kurang reaktif, artinya
logam ini termasuk golongan yang semakin sulit melepas elektron sehingga juga sulit mengalami
oksidasi. Dapat kita simpulkan bahwa logam yang berada dibagian atas ini juga sulit mengalami
korosi karena sifat nya yang kurang reaktif, oleh karena itu jelas mengapa logam-logam tersebut
seperti emas,platina,dan perak harganya juga mahal.
Sementara itu logam yang berada dibagian bawah atau semakin kebawah dari tabel
bersifat sangat reaktif yang artinya logam ini sangat mudah melepas elektron dan juga mudah
mengalami oksidasi. Maka korosi pun akan lebih mudah terjadi pada logam-logam ini
E. LAJU KOROSI
Laju korosi didefinisikan sebagai tebal material yang hilang tiap satuan waktu yang
disebabkan oleh adanya reaksi kimia. Daftar yang ditampilkan dalam tabel potensial setengah
reaksi menyatakan keadaan sistem dalam keadaan setimbang. Dimana disini diasumsikan bahwa
tidak ada arus yang mengalir melalui lintasan luar. Pada kenyataan nya, sistem korosi tidak
terjadi dalam keadaan yang setimbang, dimana terjadi aliran elektron dari anoda ke katoda. Maka
data dari tabel potensial setengah raksi tidak dapat menyediakan informasi mengenai laju korosi.
Ada beberapa metode untuk menentukan laju reaksi, diantaranya adalah metode
kehilangan berat,serta dengan menghitung dimensi dan densitas arus korosi. Metode pertama
yaitu metode kehilangan berat atau biasa disebut CPR ( corrosion penetration rate )
didefinisikan sebagai kehilangan ketebalan material tiap satuan waktu. Yang dinyatakan dengan
persamaan :
Dimana W menyatan berat yang hilang, t menyatakan waktu, berturut-turut
menyatakan masa jenis dan luas area specimen. Dan K adalah konstanta. Satuan laju korosi ada 2
macam yaitu dengan satuan mm/th (standar internasional) atau mill/year (mpy, British). Pada
satuan mm/th, nilai konstanta K nya adalah 87.6, sedangkan untuk satuan mill/year nilai
konstanta nya adalah 534.
11 Korosi dan Degradasi Material
Metode kedua untuk mengukur laju korosi adalah dengan metode densitas arus korosi.
Dimana arus per luas area material dinyatakan dengan i dan laju korosi dinyatakan dengan r.
persamaan laju korosi nya ditampilkan sebagai berikut
Dimana n adalah jumlah elektron yang terionisasi dalam atom logam, dan F adalah
kostanta faraday 96.500 C/mol.
F. PERKIRAAN LAJU KOROSI
Polarisasi
Polarisasi adalah selisih antara potensial elektroda dengan potensial korosi bebas yang
terjadi karena logam berada pada titik ketidakseimbangan dengan larutan yang mengandung ion-
ion nya. Besar polarisasi dinyatakan dengan satuan overvoltage (ɳ) yang menyatakan besarnya
polarisasi terhadap potensial equilibrium elektroda. Sebagai contoh, misalkan potensial elektron
Zn setelah terhubung dengan elektroda platinum adalah - 0.621 V, sedankan potensial pada titik
equilibrium nya adalah – 0.763 V. maka besarnya polarisasi adalah
ɳ = - 0.621 V – ( -0.763 V) = + 0.142 V
Polarisasi ada 2 macam yaitu polarisasi aktivasi dan polarisasi konsentrasi
a. Polarisasi aktivasi
Polarisasi aktivasi adalah reaksi elektrokimia yang dikendalikan oleh salah satu tahap
siklus reaksi elektrokimia yang terjadi antar tatap muka logam dan elektrolit. Pada tahap ini
dibutuhakan energi aktivasi untuk menghadapi energy barrier yang menghambat kelangsungan
proses. Proses reaksi-reaksi tersebut berlangsung lambat, dan memiliki tiap tahap tertentu.
Sebagai ilustrasi perhatikan proses reduksi ion hydrogen menjadi susunan gelembung gas
hydrogen pada permukaan elektroda zinc. Dimana reaksi tersebut dapat terjadi menurut
rangkaian tahap seperti berikut :
1. Adsorbsi ion dari larutan pada permukaan zinc
2. Transfer elektron dari zinc untuk membentuk atom hydrogen
12 Korosi dan Degradasi Material
H
3. Kombinasi 2 atom hidrogen membentuk molekul hidrogen
2H
4. Dan kemudian perpaduan dari banyak molekul hidrogen menghasilkan gelembung
hidrogen
Untuk polaisasi aktivasi, hubngan antara overvoltage (ɳ) dengan densitas arus I adalah
Dimana adalah konstan untuk setengah sel. merupakan parameter pertukaran
densitas arus.
Kesetimbangan terjadi saat proses oksidasi dan reduksi terjadi dalam laju yang
sama,misalnya pada standar sel hidrogen yang ditampilkan pada gambar dibawah
Reduksi ion hydrogen yang terjadi pada permukaan elektroda platinum sebagai berikut
Sementara itu oksidasi gas hidrogen terjadi sebagai berikut
Kesetimbangan terjadi saat r red = r oxid
r red = r oxid =
13 Korosi dan Degradasi Material
b. Polarisasi konsentrasi
Polarisasi konsentrasi adalah proses reaksi kimia yang dikendalikan oleh difusi ion
didalam elektrolit. Polarisasi ini dapat diilustrasikan dengan proses difusi ion hidrogen ke
permukaan logam membentuk gas hidrogen berdasarkan evolusi hidrogen . Saat laju reaksi
rendah atau saat konsentrasi tinggi, maka terjadi suplai ion hidrogen pada daerah dekat
permukaan elektroda. Disisi lain, saat laju reaksi tinggi, maka zona penipisan akan terbentuk di
permukaan karena ion tidak diisi ulang dalam tingkat yang cukup untuk bertahan dengan
reaksi. Pernyataan tersebut ditampilkan dalam gambar berikut
Polarisasi konsentrasi hanya terjadi pada reaksi reduksi, karena pada reaksi oksidasi pada
hakikatnya terdapat suplai atom logam yang tidak terbatas pada permukaan elektroda nya.
Data polarisasi konsentrasi juga didasarkan pada overvoltage versus logaritma dari
densitas arus, yang diperlihatkan oleh grafik berikut
Dari grafik ini bisa dikatakan bahwa overvoltage berdiri sendiri dari densitas arus sampai
I mendekati , pada titik ini, berkurang besar nya secara tiba-tiba.
Polarisasi konsentrasi dan aktivasi adalah mungkin terjadi untuk reaksi reduksi. Dalam
hal ini, total overvoltage adalah jumlah dari kontribusi dari overvoltage tersebut. Grafik dibawah
ini menunjukan hubungan antara versus log i
14 Korosi dan Degradasi Material
Persamaan matematika yang menyatakan hubungan dengan densitas arus I adalah :
Dimana R dan T menyatakan gas konstan dan temperature mutlak.n menatakan jumlah
elektron, F merupakan konstanta faraday dan I menyatakan densitas arus.
Laju korosi berdasarkan data polarisasi
Dalam hal ini akan dibahas 2 kasus, yang pertama adalah reaksi oksidasi dan reduksi
yang dibatasi oleh polarisasi aktivasi, dan yang kedua adalah reaksi reduksi yang dikontrol oleh
polarisasi aktivasi dan polarisasi konsentrasi.
Pada kasus pertama diilustrasikan oleh reaksi korosi pada zinc yang terlarut dalam larutan
asam. Reduksi dari ion menjadi gelembung gas terjadi pada permukaan zinc menurut
reaksi
Dan zink teroksidasi sebagai
Polarisasi aktivasi dari kedua reaksi tersebut ditampilkan dalam grafik berikut yang
menyatakan hubungan potensial sel berdasarkan standar elektroda hidrogen dengan logaritma
densitas arus
15 Korosi dan Degradasi Material
Potensial dari kedua reaksi yang tidak berpasangan ini dinyatakan dengan V (
dan V( ) , bersama-sama ditandai disekitar pertukaran densitas arusnya ( dan
( ). Garis lurus pada grafik ditampilkan untuk reduksi hydrogen dan oksidasi zinc.
Saat pencelupan, baik hidrogen maupun zinc sama-sama mengalami polarisasi aktivasi di sekitar
garis nya masing-masing. Selain itu laju oksidasi dan reduksi nya harus sama seperti yang telah
dijelaskan sebelumnya, yang mana hanya mungkin pada persimpangan garis dari 2 segmen.
Persimpangan ini terjadi pada potensial korosi yang dinyatakan dengan Vc dan densitas arus
korosi Laju korosi dari Zinc dapat ditentukan dengan memasukan nilai menurut
persamaan:
Pada kasus korosi yang kedua mengkombinasikan polarisasi aktivasi dan konsentrasi
untuk reduksi hidrogen dan polarisasi akttivasi untuk oksidasi logam M. kurva polarisasi yang
menyatakan hubungan potensial korosi dan arus potensial korosi yang dicocokan pada titik
dimana garis oksidasi dan reduksi menyimpang ditampilkan seperti berikut :
16 Korosi dan Degradasi Material
G. PASSIVASI
Passivasi logam adalah rintangan korosi akibat pembentukan produk korosi sebagai
lapisan protektif yang menghambat kelangsungan reaksi. Dengan definisi lain bahwa pasivasi
logam merupakan peristiwa kehilangan reaktifitas reaksi logam akibat keberadaan kondisi
lingkungan tertentu. Sejumlah logam dan paduan teknik menjadi pasif dan bahkan sangat tahan
korosi dalam lingkungan oksidator sedang sampai kuat. Contoh logam yang memiliki sifat
pasivasi adalah baja tahan karat (Stainless Steel), Nikel dan sejumlah paduan Nikel, Titanium
dan paduannya, Aluminium dan paduannya. Ada dua teori berkaitan dengan lapisan pasif, yakni
teori lapisan oksida dan teori adsorpsi.
Menurut teori lapisan oksida, lapisan pasif adalah lapisan barrier difusi pada produk
korosi yang memisahkan logam dengan lingkungan sehingga reaksi terhambat atau berhenti.
Menurut teori adsorpsi, lapisan pasif dimana logam yang dilapisi oleh lapisan chemisorbed
oksigen. Keberadaan lapisan ini dimaksudkan untuk mengadsorpsi molekul O sehingga
menghambat pelarutan di anoda. Dua teori tersebut menjabarkan maksud yang hampir sama
bahwa lapisan protektif yang terbentuk pada permukaan logam menciptakan kondisi pasif dan
terjadi peningkatan ketahanan korosi logam.
Pasivasi logam yang dinyatakan dalam laju korosi diilustrasikan dengan kurva polarisasi
pada Gambar berikut.
17 Korosi dan Degradasi Material
Kurva polarisasi menunjukkan hubungan antara potensial logam dengan rapat arus.
Perilaku pasivasi logam M dinyatakan sebagai rapat arus. Pada titik A, logam dalam kondisi
potensial equilibrium dan rapat arus . Ketika potensial logam menjadi lebih positif, logam
berperilaku sebagai logam aktif, rapat arus dan laju reaksi meningkat secara eksponensial.
Ketika potensial logam lebih positif sampai mencapai Epp dan rapat arus , laju korosi
menurun drastis. Pada potensial Epp , terbentuk lapisan protektif pada permukaan logam dan
menurunkan reaktifitas logam. Jika potensial logam makin positif, rapat arus masih tetap
sampai batas daerah pasif. Peningkatan potensial lebih lanjut melampaui daerah pasif
menyebabkan logam menjadi aktif kembali dan rapat arus meningkat dalam daerah transpasif.
H. PENGARUH LINGKUNGAN
Variabel dari korosi lingkungan seperti kecepatan fluida, temperatur,dan komposisi akan
berpengaruh pada sifat korosi material yang mengalami kontak dengan nya. Misalnya, dengan
menaikan kecepatan fluida akan dapat mempertinggi laju korosi. Laju dari reaksi kimia
mengalami kenaikan apabila temperature dinaikan, ini biasanya juga berperan dalam menaikan
laju korosi. Menaikan konsentrasi dari spesies korosif juga dapat mempercepat laju korosi.
Bagaimanapun, untuk kemampuan material terhadap pasivasi,menaikan jumlah konten korosif
dapat mengakibatkan transisi dari aktiv menjadi pasiv,berdasarkan pertimbangan reduksi pada
korosi.
18 Korosi dan Degradasi Material
Lingkungan dengan sirkulasi oksigen yang berbeda akan memberikan laju korosi yang
berbeda pula pada sebuah logam. Sirkulasi oksigen yang bagus akan mendorong terjadinya
reaksi katodik sebaliknya daerah stagnant akan mendorong terjadinya reaksi anodic (korosi)
misalnya pada ruang pengap, celah sempit dll.
I. MACAM-MACAM KOROSI
a. Korosi serangan seragam/ homogen
Korosi jenis ini merupakan yang paling umum dan sering terjadi pada konstruksi-konstruksi
logam. Jenis ini biasanya dikategorikan berdasarkan reaksi elektrokimia dimana perkaratan
terjadi secara homogen keseluruh bagian material yang terbuka.
b. Korosi galvanic
Yaitu korosi yang terjadi pada 2 logam yang memiliki potensial berbeda dalam satu
elektrolit. Dalam korosi ini logam yang memiliki tahanan korosi lemah (anodic) atau yang
memiliki reaktivitas tinggi akan terkorosi, sedangkan logam lain yang lebih iner akan terproteksi.
Misalnya saat tembaga dan steel bergabung bersama dalam satu elktrolit, maka steel akan
terkorosi disekitar area pertemuan nya. Berdasarkan sifat dari larutan nya, satu atau lebih reaksi
reduksi dapat terjadi pada katoda material tersebut. Korosi galvanic diperlihatkan dalam gambar
berikut
19 Korosi dan Degradasi Material
Berdasarkan tabel galvanic yang menyatakan tingkat kereaktifan, saat 2 campuran
berpasangan bersama maka satu yang memiliki kereaktifan lebih tinggi atau berada di bagian
lebih rendah pada tabel akan mengalami korosi. Laju dari serangan korosi galvanic ini
bergantung pada area anoda dan katoda yang ada pada elektrolit, dan secara langsung laju korosi
nya tergantung pada rasio area anoda dan katoda. Anoda yang lebih kecil akan mengalami korosi
dengan cepat dari pada yang lebih besar. Alasan dari ini adalah bahwa laju korosi bergantung
pada densitas arus, yaitu arus per unit area permukaan korosi. Dengan demikian,densitas arus
yang tinggi diberikan pada anoda saat area permukaan nya kecil pada katoda.
c. Korosi celah
Korosi celah adalah korosi yang sering terjadi pada celah atau bagian tertutup lainnya pada
logam yang terletak pada media korosif. Tipe korosi jenis ini selalu dalam skala kecil dari larutan
yang terperangkap lewat lubang, gasket, lap joint,maupun baut.
Mekanisme terjadinya korosi celah di jelaskan seperti ini, setelah oksigen terkuras didalam
celah, oksidasi logam terjadi pada posisi ini. Elektron pada reaksi elektrokimia dikonduksi kan
melalui logam pada daerah perbatasan eksternal, dimana mereka dipakai pada reaksi reduksi.
Pada kebanyakan lingkungan encer, laarutan dalam celah telah ditemukan memicu konsentrasi
yang tinggi pada ion ,yang mana bersifat merusak. Banyak campuran yang pasiv
lalu kemudian mudah terkena korosi celah karena ketahanan atau perlindungan korosi nya
diserang oleh ion .
Ilustrasi secara skematik dari korosi celah ditunjukan oleh gambar berikut
20 Korosi dan Degradasi Material
d. Korosi sumuran / pitting
Korosi sumuran adalah korosi yang disebabkan oleh adanya sistem anoda pada logam
dimana pada logam tersebut terdapat konsentrasi yang tinggi. Korosi ini biasanya hampir
tidak terlihat atau bisa dikatakan tersembunyi dan seringkali tidak terdeteksi dan kehilangan
material pun sangat sedikit terjadi sampai akhirnya cacat. Contoh dari pitting ini diperlihatkan
dalam gambar berikut
Mekanisme dari piting sendiri hampir sama dengan korosi celah dimana oksidasi terjadi pada
lubang nya, sementara itu reduksi terjadi pada permukaan nya.
e. Korosi batas butir
Korosi batas butir merupakan korosi yang terjadi pada batas butir dan merupakan tempat
mengumpulnya impurity dan prospitat dan lebih tegang. Tipe dari korosi ini pada umumnya
terjadi pada stainless steels . saat panas suhu berada diantara 500 sampai 800 dalam periode
waktu yang lama,logam campuran biasanya menjadi sensitive terhadap serangan batas butir.
Dipercayai bahwa perlakukan panas dapat menyebabkan terbentuknya susunan lapisan endapan
kecil partikel kromium karbida yang terbentuk karena reaksi antara kromium dan karbon yang
ada pada stainless steel. Partikel ini terbentuk pada batas butir yang ditunjukan pada gambar
berikut
21 Korosi dan Degradasi Material
Karbon dan kromium harus menyebar pada batas butir untuk membentuk lapisan endapan,
yang meninggalkan area kromium yang terkuras pada perbatasan dengan batas butir, akibatnya
area sekitar batas butir menjadi mudah terkorosi.
f. Selective leaching
Selective leaching biasanya terjadi pada paduan, dimana salah satu komponen pada suatu
paduan larut dan mengakibatkan paduan yang tersisa menjadi berpori dan ketahanan nya
terhadap korosi berkurang.
g. Korosi erosi
Korosi erosi terjadi karena gerakan relatif antara fluida korosi dengan permukaan logam.
Pada dasarnya semua paduan logam mudah untuk terkena korosi erosi. Ini khususnya sangat
membahayakan untuk paduan yang berpasivasi dengan membentuk lapisan pelindung tipis,
karena serangan abrasif akan mengerosi lapisan tersebut. Apabila lapisan tidak mampu untuk
memperbaiki ulang secara terus menerus dan cepat, maka korosi akan terjadi secara hebat.
22 Korosi dan Degradasi Material
Sifat dari fluida dapat secara dramatis berpengaruh pada sifat korosi. Menaikan kecepatan
fluida akan mempertinggi laju korosi. Korosi erosi umunya terjadi pada pipa misalnya pada
belokan pipa, siku, dan perubahan diameter pada pipa. Salah satu cara terbaik untuk mengurangi
korosi erosi adalah dengan mengganti desain untuk menghilangkan pergerakan fluida dan efek
tubrukan.
h. Korosi tegangan
Korosi tegangan terjadi akibat adanya retakan karena adanya tegangan tarik dan media
korosif secara bersamaan. Faktanya material yang bersifat iner pun dapat dengan mudah
terkorosi tegangan apabila tegangan diberikan. Paduan juga dapat mudah terkena korosi
tegangan dalam lingkungan yang spesifik, khususnya pada saat level tegangan sedang. Misalnya
stainless steel yang mengalami korosi tegangan saat berada dalam larutan yang mengandung ion
klorin, sedangkan kuningan mudah diserang saat tidak terlindung pada ammonia. Retakan batas
butir pada korosi tegangan ditunjukan oleh gambar berikut
Tegangan yang dihasilkan oleh retakan korsi tegangan tidak perlu secara eksternal di
perlihatkan. Ini mungkin bisa berupa sisa yang dihasilkan karena perubahan suhu secara cepat
dan terjadinya kontraksi yang tidak seimbang, atau untuk 2 fase dari paduan dimana masing-
masing fase memiliki perbedaan koefisin pemuaian.
23 Korosi dan Degradasi Material
Cara yang dapat dilakukan untuk mengurangi atau secara total menghilangkan korosi
tegangan adalah dengan memperkecil besar tegangan , dan dengan mengurangi beban eksternal
serta menaikan area persimpangan setempat untuk terjadinya tegangan.
i. Hydrogen embrtilement
Berbagai paduan logam mengalami pengurangan yang signifikan atas kelembutan dan
kekuatan tarik nya ketika atom hydrogen menembus material tersebut. Fenomena ini disebut
dengan hydrogen embritilment . hydrogen embritilement merupakan salah sata tipe cacat logam.
Hydrogen dalam susunan atom ini menyebar secara interestial melalui kisi-kisi Kristal dan
konsentrasi nya paling rendah sekitar beberapa juta bagian yang dapat meretak.
Hydrogen embriltilement hampir sama dengan korosi tegangan bahwa dalam keadaan normal
logam lentur mengalami britile fraktur saat mengalami tegangan tarik dan korosi atmosfer.
Namun kedua fenomena ini dapat dibedakan berdasarkan interaksi nya terhadap arus listrik.
Saat hidrogen embritilement terjadi, beberapa sumber dari hidrogen harus ada, selain itu juga
ada kemungkinan untuk terbentuk susunan dari spesies atomnya. Situasi dimana kondisi tersebut
dapat terjadi misalnya seperti dalam peristiwa berikut
- Pengasinan baja dalam asam sulfur
- Elektropating
- Terbentuknya uap air pada suhu tinggi atau pada pemberian panas
Baja dengan kekuatan tinggi bersifat mudah mengalami hydrogen embritilement, dan
menaikan kekuatan dapat menaikan sifat kerentanan pada material. Paduan FCC ( austenitic
stainless, steel dan paduan dari tembaga, alumunium dan nikel) bersifat menantang terhadap
hydrogen embritilement yang disebabkan karena memiliki kelenturan yang tinggi. Namun
pembekuan regangan dari paduan tersebut dapat meningkatkan kemudahan nya untuk mengalami
embritilement.
Beberapa teknik yang biasanya digunakan untuk mengurangi kemungkinan terjadinya
hydrogen embritilement diantaranya adalah :
1. Mengurangi kekuatan tegangan tarik dari paduan dengan pemanasan
24 Korosi dan Degradasi Material
2. Menghilangkan sumber hydrogen
3. Memasukan lebih banyak paduan yang bersifat melawan embritilement
J. KOROSI LINGKUNGAN
Lingkungan korosif termasuk atmosfer, larutan air, tanah, asam, basa, anorganik pelarut,
garam cair, logam cair, dan tubuh manusia. Korosi atmosfer dapat menimbulkan kerugian besar.
Embun yang mengandung oksigen terlarut merupakan zat korosif utama, namun zat-zat lainnya,
termasuk senyawa sulfur dan natrium klorida, juga dapat mempengaruhi korosi . Terutama pada
atmosfer laut, yang sangat korosif karena adanya natrium klorida. larutan asam sulfat yang
ditambah air (hujan asam) di lingkungan industri juga dapat menyebabkan masalah korosi.
Lingkungan air juga dapat memiliki berbagai komposisi dan karakteristik korosi. Air
tawar biasanya mengandung oksigen terlarut serta mineral. Air laut mengandung garam sekitar
3,5% (Terutama natrium klorida), serta beberapa mineral dan bahan organik. Air laut umumnya
lebih korosif daripada air tawar, dimana air laut sering menghasilkan pitting dan celah korosi.
Cor besi, baja, aluminium, tembaga, kuningan, dan beberapa baja stainless umumnya cocok
untuk digunakan pada air tawar, sedangkan titanium, kuningan, perunggu beberapa, tembaga-
nikel paduan, dan nikel-kromium-molibdenum paduan sangat tahan korosi didalam air laut.
Tanah memiliki berbagai komposisi dan kerentanan terhadap korosi. Komposisi variabel
yang termasuk adalah kelembaban, oksigen, kadar garam, alkalinitas, dan keasaman, serta
adanya berbagai bentuk bakteri. besi dan baja karbon biasa, baik dengan dan tanpa lapisan
pelindung permukaan, paling ekonomis untuk digunakan distruktur bawah tanah.
K. PENCEGAHAN KOROSI
Peristiwa korosi pada logam merupakan fenomena yang tidak dapat dihindari, namun
dapat dihambat maupun dikendalikan untuk mengurangi kerugian dan mencegah dampak negatif
yang diakibatkannya. Dengan penanganan ini umur produktif peralatan elektronik dalam rumah
tangga atau kegiatan industri menjadi panjang sesuai dengan yang direncanakan, bahkan dapat
diperpanjang untuk memperoleh nilai ekonomi yang lebih tinggi. Upaya penanganan korosi
25 Korosi dan Degradasi Material
diharapkan dapat banyak menghemat biaya opersional, sehingga berpengaruh terhadap efisiensi
dalam suatu kegiatan industry serta menghemat anggaran pembelanjaan rumah tangga.
Berikut contoh pengendalian/pencegahan korosi yang biasa digunakan :
a. Pengubahan lingkungan
Perlindungan terhadap korosi yang pertama dapat dilakukan dengan perubahan lingkungan,
misalnya dengan merendahkan suhu dan kecepata fluida akan berdampak pada penglambatan
laju korosi. Selain itu dengan mengurangi atau menambah konsentrasi dari beberapa jenis unsur
dalam larutan dapat menimbulkan efek positif, contohnya logam dapat mengalami passivasi
b. Perlindungan katoda
Pelindungan katoda merupakan metode pencegahan korosi yang paling umum
digunakan,metode ini dapat digunakan untuk menangani 8 macam dari tipe korosi yang telah
dibahas sebelumnya.pada proses perlindungan katoda ini skema nya adalah seperti misalnya
besi, dimana besi dilapisi atau dihubungkan dengan logam lain yang lebih aktif akan membentuk
sel elektrokimia dengan besi sebagai katoda. Di sini, besi berfungsi hanya sebagai tempat
terjadinya reduksi oksigen. Logam lain berperan sebagai anoda, dan mengalami reaksi
oksidasi. Dalam hal ini besi, sebagai katoda, terlindungi oleh logam lain (sebagai anoda,
dikorbankan). Besi akan aman terlindungi selama logam pelindungnya masih ada / belum habis.
Untuk perlindungan katoda pada sistem jaringan pipa bawah tanah lazim digunakan logam
magnesium, Mg. Logam ini secara berkala harus dikontrol dan diganti. Perlindungan pada
jaringan pipa bawah tanah ditunjukan oleh gambar berikut
c. Tin Plating (pelapisan dengan timah).
Kaleng-kaleng kemasan terbuat dari besi yang dilapisi dengan timah. Pelapisan dilakukan
secara elektrolisis, yang disebuttin plating. Timah tergolong logam yang tahan karat. Akan
tetapi, lapisan timah hanya melindungi besi selama lapisan itu utuh (tanpa cacat). Apabila lapisan
26 Korosi dan Degradasi Material
timah ada yang rusak, misalnya tergores, maka timah justru mendorong/mempercepat korosi
besi. Hal itu terjadi karena potensial reduksi besi lebih negatif daripada timah. Oleh karena itu,
besi yang dilapisi dengan timah akan membentuk suatu sel elektrokimia dengan besi sebagai
anode. Dengan demikian, timah mendorong korosi besi. Akan tetapi hal ini justru yang
diharapkan, sehingga kaleng-kaleng bekas cepat hancur.
d. Galvanisasi (pelapisan dengan Zink)
Pipa besi, tiang telepon dan berbagai barang lain dilapisi dengan zink. Berbeda dengan timah,
zink dapat melindungi besi dari korosi sekalipun lapisannya tidak utuh. Hal ini terjadi karena
suatu mekanisme yang disebut perlindungan katode. Oleh karena potensial reduksi besi lebih
positif daripada zink, maka besi yang kontak dengan zink akan membentuk sel elektrokimia
dengan besi sebagai katode. Dengan demikian besi terlindungi dan zink yang mengalami
oksidasi (berkarat). Badan mobil-mobil baru pada umumnya telah digalvanisasi, sehingga tahan
karat. Berikut merupakan gambar perlindungan galvanic pada baja dengan pelapisan zinc
e. Cromium Plating (pelapisan dengan kromium)
Besi atau baja juga dapat dilapisi dengan kromium untuk memberi lapisan pelindung yang
mengkilap, misalnya untuk bumper mobil. Cromium plating juga dilakukan dengan elektrolisis.
Sama seperti zink, kromium dapat memberi perlindungan sekalipun lapisan kromium itu ada
yang rusak.
f. Sacrificial Protection (pengorbanan anode)
Magnesium adalah logam yang jauh lebih aktif (berarti lebih mudah berkarat) daripada besi.
Jika logam magnesium dikontakkan dengan besi, maka magnesium itu akan berkarat tetapi besi