LOGO PENGARUH PH LINGKUNGAN TERHADAP PERILAKU KOROSI STAINLESS STEEL AISI 304 DAN AISI 316 JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI Fakultas Teknologi Industri - ITS Ujian Tugas Akhir Oleh : Hendra Adi Prasetya NRP. 2706 100 042 Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Sulistijono, DEA Dr. Hosta Ardhyananta, ST, M.Sc
51
Embed
PENGARUH PH LINGKUNGAN ASAM SULFIDA DAN AMONIA … · 2011-04-13 · Dalam lingkungan pH asam, korosi dalam kondisi. anodic-controlled. dan komposisi logam ... Pengaruh pH. Gambar
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
LOGO
PENGARUH PH LINGKUNGAN TERHADAP PERILAKU KOROSI STAINLESS STEEL
AISI 304 DAN AISI 316
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI
Fakultas Teknologi Industri - ITS
Ujian Tugas Akhir
Oleh :
Hendra Adi Prasetya
NRP. 2706 100 042
Dosen Pembimbing :
Prof. Dr. Ir. Sulistijono, DEA
Dr. Hosta Ardhyananta, ST, M.Sc
Contents
1. Pendahuluan
2. Tinjauan Pustaka
3. Metodologi Penelitian
4. Hasil dan Pembahasan
5. Kesimpulan dan Saran
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Latar Belakang
PERUBAHAN PH LINGKUNGAN
MEDIA ASAM ASETAT DAN AMONIA
KOROSI DAN PEMILIHAN MATERIAL
PENGARUH PH
LINGKUNGAN
TERHADAP
PERILAKU
KOROSI
STAINLESS STEEL
AISI 304 DAN AISI
316
LAJU
KOROSI
Bagaimana laju korosi AISI 304 dan
316 akibat pengaruh pH lingkungan
asam asetat dan amonia
PRODUK
KOROSI
Perumusan Masalah
Bagaimana produk korosi AISI 304
dan 316 akibat pengaruh pH
lingkungan asam asetat dan amonia
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
PERILAKUAKTIF-PASIF
Bagaimana perilaku aktif-pasif AISI
304 dan 316 pada berbagai pH
lingkungan asam asetat dan amonia
Batasan Masalah
1
Material yang digunakan dianggap homogen
2
Konsentrasi oksigen dalam masing-masing larutan dianggap sama dan konstan
3
Pengujian dilakukan dalam temperatur ruangan dan tekanan standar
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Tujuan Penelitian
Mempelajari perilaku aktif-pasif stainlesssteel AISI 304 dan AISI 316 padaberbagai pH lingkungan asam asetat danamonia.
Mempelajari laju korosi stainless steelAISI 304 dan AISI 316 akibat pengaruhpH lingkungan asam asetat dan amonia.
Mempelajari produk korosi stainless steelAISI 304 dan AISI 316 akibat pengaruhpH lingkungan asam asetat dan amonia.
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Manfaat Penelitian
dapat memperkaya kajian tentangperilaku korosi stainless steel terutamaaustenitic stainless steel tipe AISI 304dan AISI 316 sebagai alternatifpemilihan material pada berbagailingkungan terutama lingkunganbervariasi tingkat keasaman/pH.
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Sistematika Penulisan
Laporan
Tugas Akhir
II
V
III
IV
IPendahuluan
Tinjauan Pustaka
Metodologi
Kesimpulan
dan Saran
Hasil dan
Pembahasan
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Korosi Elektrokimia
Korosi didefinisikan sebagai perusakan atau penurunan kualitas material karena bereaksi dengan lingkungannya (Fontana, 1986).
Proses korosi pada umumnya sering berupa reaksi elektrokimia (Uhlig, 1985).
Gambar 2.1 Sel korosi basah sederhana (Trethewey, 1991)
Korosi yang terjadi akibat reaksi elektrokimia, melibatkan dua reaksi, yaitureaksi oksidasi dan reaksi reduksi.
Korosi elektrokimia atau korosi basah dapat terjadi jika terpenuhi empatkomponen penting (Trethewey, 1991) yaitu :
Adanya reaksi anoda
Adanya reaksi katoda
Hantaran ion melalui elektrolit
Hantaran elektron melalui logam
Pengaruh Lingkungan Terhadap Laju Korosi
Pengaruh Konsentrasi Elektrolit Konsentrasi media korosif berpengaruh terhadap laju korosi bergantung
dari jenis media tersebut dan jenis logam yang berada di media tersebut.
Gambar 2.2 Pengaruh konsentrasi media korosi terhadap laju korosi (Fontana, 1986).
Ni dalam NaOH
18Cr-8Ni dalam HNO3
A 18Cr-8Ni dan Fe dalam
H2SO4
B
Konsentrasi Media1 2
Laju Korosi
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Pengaruh pH
Pengaruh pH terhadap korosi baja bergantung padakomposisi logam, tegangan, konsentrasi O2, dan tipeasam yang mengontrol pH.
Dalam larutan basa kuat, reaksi korosi dalam kondisianodic-controlled.
Dalam larutan basa lemah atau netral, laju korosidalam kondisi cathodic-controlled.
Dalam lingkungan pH asam, korosi dalam kondisianodic-controlled dan komposisi logammempengaruhi laju korosi secara ekstensif.
Tipe asam dalam larutan menentukan pH dimana lajukorosi meningkat pesat seiring dengan reaksi evolusihidrogen.
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Pengaruh pH
Gambar 2.3 Hubungan pH dengan korosi baja karbon rendah (Uhlig, 1985).
14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
0,007
0,008
0,009
+
+ +++
Awal evolusi H2
++
+
pH
Rata rata penetrasi
Spesifik-Inches/
Year/Year/mlO2/Liter
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Pengaruh Temperatur
Secara umum kenaikan temperatur menyebabkankenaikan laju korosi, biasanya tiap kenaikan 100 Claju reaksi meningkat hampir dua kali lipat.
Perlu dicatat bahwa penurunan temperatur dibawahtitik embun (dew point) menyebabkan udara menjadijenuh uap air sehingga memungkinkan terjadinyatitik embun pada permukaan logam dan terjadikorosi lokal.
Sebaliknya tidak jarang pula pemanasan ruangandigunakan untuk mengurangi kelembaban, selamatemperatur tidak menjadi sebab utama korosi untukkondisi yang ada, karena temperatur bisa berakibatkenaikan laju korosi (Sulistijono, 1999).
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Pengaruh Laju Aliran Elektrolit
Secara umum laju korosi meningkat seiring dengan kenaikan kecepatan media korosif kecuali untuk beberapa kondisi media korosif yang dikontrol oleh polarisasi aktivasi (media korosi yang spesies aktifnya tinggi) (Sulistijono, 1999).
Gambar 2.4 Hubungan kecepatan media korosi dengan laju korosi (Fontana, 1986)
Fe dalam H2SO4 pekat
Fe dalam H2SO4 encer
18Cr-8Ni dalam H2SO4
C
B
A
Kecepatan
Laju
Korosi
1 2
Fe dalam H2O + O2
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Pengaruh Oksigen dan Agen Pengoksidasi
Ketika agen pengoksidasi ditambahkan pada suatu lingkungan korosif dan terdapat logam non pasif, maka laju korosi meningkat.
Gambar 2.5 Pengaruh konsentrasi oksigen dan agen pengoksidasi pada logam aktif-pasif (Fontana, 1986)
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Mula-mula, logam M terkorosi di daerah aktif, ditandai di titik A.Kemudian konsentrasi agen pengoksidasi meningkat dari 1 ke 3,laju korosi juga meningkat dari A ke C.
Pada daerah ini (kurva 1 sampai dengan kurva 3), logam Mberperilaku seperti logam non-pasif dimana laju korosi menngkatseiring dengan meningkatnya konsentrasi agen pengoksidasi.Pada konsentrasi 4 (kurva 4) terjadi perubahan yang cepat padapotensial korosi yaitu dari titik D (aktif) ke titik G (pasif). Hal inimengikuti Teori Potensial Campuran yaitu keadaan setimbangditentukan oleh perpotongan antara oksidasi total dan lajureduksi.
Peningkatan konsentrasi agen pengoksidasi dari 4 ke 5,menunjukkan logam berada pada daerah pasif dan laju korosinyarendah (konstan).
Peningkatan konsentrasi selanjutnya menyebabkan perpotongandengan daerah transpasif sehingga laju korosi meningkat seiringmeningkatnya konsentrasi agen pengoksidasi, seperti pada kurva6 dan 7.
Pengaruh Oksigen dan Agen Pengoksidasi
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Bentuk-Bentuk Korosi
Korosi Merata (Uniform Corrosion) Korosi merata merupakan korosi yang paling banyak terjadi pada logam
dan jenis korosi yang kurang berbahaya karena terjadi hanya padapermukaan saja sehingga menyebabkan pengurangan ketebalan logamtersebut.
Korosi Sumuran (Pitting Corrosion) Korosi sumuran adalah jenis korosi lokal.
Korosi ini sering terjadi di daerah-daerah yang tersembunyi karenacenderung terjadi di bawah deposit dan di dalam celah.
Korosi Celah (Crevice Corrosion) Korosi ini terjadi pada celah sempit antara 5-100 µm pada logam yang
berada di media korosif.
Perbedaan konsentrasi O2, dimana pada celah kekurangan oksigensehingga reaksi katodik terhalang akibatnya celah kelebihan ion positiflogam yang segera dinetralisir oleh ion negatif seperti klorida.
Korosi Batas Butir (Intergranular Corrosion) Korosi ini terjadi pada batas butir kristal logam (grain boundary).
Korosi ini biasa terjadi pada proses pengelasan, penggunaan temperaturtinggi dan lingkungan korosif.
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Polarisasi
Polarisasi adalah penyimpangan potensial dari nilaipotensial korosi bebas. Besar polarisasi dinyatakandengan satuan overvoltage (η).
Polarisasi merupakan parameter korosi yang sangatpenting sehingga memungkinkan kita membuatpernyataan-pernyataan mengenai laju korosi(Trethewey, 1991).
Polarisasi aktivasi adalah reaksi elektrokimia yangdikendalikan oleh salah satu tahap siklus reaksielektrokimia yang terjadi pada interface logam danelektrolit.
Polarisasi konsentrasi adalah reaksi elektrokimiayang dikendalikan oleh proses difusi ion dalamelektrolit.
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Pasivasi
Pasivasi adalah hilangnya reaktifitas kimia yang dialami olehlogam atau paduan tertentu pada lingkungan oksidator sedangsampai kuat (Fontana, 1986).
Terdapat lapisan film tipis dan transparan di permukaan logam.
Contoh logam yang memiliki sifat pasivasi adalah stainless steel,nikel dan sejumlah paduannya, titanium dan paduannya, sertaaluminium dan paduannya.
Gambar 2.6 Kurva polarisasi E/Log i untuk penggambaran daerah aktif-pasif
(www.corrosion-doctor.org)
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Potential
Log Current Density
Hubungan Polarisasi dan Pasivasi
Kurva polarisasi digunakan untuk menggambarkan fenomenapasivasi logam.
Gambar 2.6 Kurva polarisasi E/Log i untuk penggambaran daerah aktif-pasif
(www.corrosion-doctor.org)
Potential
Log Current Density
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Hubungan Polarisasi dan Laju Korosi
Perbedaan potensial antara katoda dan anoda sangat pentinguntuk menggambarkan terjadinya korosi. Tetapi hal ini belumdapat menggambarkan laju korosi sebenarnya.
Laju korosi dalam kurva polarisasi dinyatakan dengan adanya Ecorr
dan Icorr. Ecorr dan Icorr tidak bisa langsung didapatkan dalam kurvapolarisasi.
Tafel Analysis yaitu ekstrapolasi garis lurus pada daerah katodikdan anodik sehingga bertemu pada suatu titik.
Perhitungan laju korosi dari Icorr dalam kurva polarisasi dihitungdengan cara (ASTM G102, 1999)
(2.11)
dimana :
CR = Laju Korosi (mm/yr) untuk Icorr (μA/Cm2)
K1 = 3.27 x 10-3 mm g/μA Cm
Icorr = Rapat arus saat Ecorr (exchange current density)
ρ = density (g/cm3)
EW = Equivalent Weight
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Hubungan Polarisasi dan Laju Korosi
1. .corrK I EWCR
Perilaku Aktif-Pasif
Pasivasi dari suatu logam atau paduan menunjukkanperilaku khusus pada penambahan polarisasi anodik,seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.8.
Pada potensial karakteristik yang rendah dalam larutanasam teraerasi, laju korosi yang terukur dengan rapat arusanodik yang tinggi akan meningkat sejalan denganbertambahnya potensial pada daerah aktif.
Diatas Epp lapisan pasif menjadi stabil, laju korosiberkurang, di daerah pasif diperkirakan 106 kali lebihrendah daripada didaerah aktif pada Ic (Jones, 1996).
Apabila lapisan film berada pada potensial yang lebih tinggimaka lapisan akan pecah/rusak dan laju korosi bertambah.
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Lingkungan Air
Surat Keputusan (SK) Menteri NegaraLingkungan Hidup No. 42 tahun 1996tentang baku mutu limbah cair bagikegiatan minyak dan gas serta panas bumi
Baku mutu air limbah kegiatan eksplorasi dan produksi minyak dan gas serta panas bumi
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
ParameterKadar maksimum (mg/L)
Darat Laut
COD 300 -
Minyak dan Lemak 35 75
Sulfida (sebagai H2S) 1 -
Amonia (Sebagai NH3) 10 -
Phenol Total 2 -
Temperatur 45oC -
pH 6.0-9.0
Stainless Steel
Stainless steel (baja tahan karat) adalah baja paduandengan kadar paduan tinggi (high alloy steel), dengan sifatistimewa yaitu tahan terhadap korosi di lingkungan air(aqueos media) dimana terdapat zat organik dan zatmineral yang agresif.
Sifat tahan karat diperoleh dari lapisan oksida (terutamakrom) yang sangat stabil yang melekat pada permukaandan melindungi baja terhadap lingkungan yang korosif.
Menurut Strukturnya, baja tahan karat dapat dibagimenjadi tiga kelompok, yaitu:
Spesimen yang digunakan adalah stainless steel AISI 304dan AISI 316 berbentuk silinder berdiameter 12mmdengan ketebalan ± 5mm.
Elektrolit
Larutan elektrolit yang digunakan adalah asam asetat danamonia dengan komposisi tertentu sehingga dihasilkanlarutan elektrolit dengan pH sebesar 4; 5; 5,5; 6; 7; 8; 8,5;9 dan 10.
Resin, katalis dan grease untuk pembuatan moulding
Kabel tembaga
Aquades
Aquades, bubuk agar-agar dan padatan KCl untukpembuatan jembatan garam.
Kecenderungan yang terdapat pada kedua kurva di atas :
pH bertambah - kurva bergeser ke kiri,
berarti besar arus yang terbaca oleh potensiostat semakin kecildengan perubahan potensial yang sama.
Hal ini akan berpengaruh pula pada besar laju korosi yang didapatkan menggunakan persamaan 2.11 dengan masukan data Icorr dari kurva polarisasi potensiodinamik.
Laju korosiAISI 304 lebihtinggidibandingkanAISI 316
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
0.000001
0.00001
0.0001
0.001
0.01
0.1
1
34567891011
Laju
Ko
ro
si (m
m/
yr)
pH
AISI 304
AISI 316
Kinetika Korosi
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
e-
e-e-
e-
H+
H+H+
H+
H+
H+
e-
A K
- Semakin besar arus yang
mengalir maka aliran elektron
semakin besar.
- Semakin rendah pH maka H+
yang terdapat dalam larutan
elektrolit semakin banyak.
- Maka evolusi hidrogen akan
semakin banyak terjadi
sehingga pad anoda akan
semakin terkorosi.
Mikroskop Optik
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Pinggir Tengah
AISI 304Pinggir Tengah
AISI 316
-Korosi yang terbentuk adalah korosi merata dan korosi sumuran.
- Korosi yang terjadi pada AISI 304 relatif lebih banyak dibandingkan AISI 316
Korosi Sumuran
X-Ray Diffraction
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
: Ni-Cr-Fe
: (Fe,Ni)
: 43,57381: 50,72970; dan 74,61647
: 44, 57179: 64,65752: dan 82,15807
2θ
counts
Kesimpulan1. Daerah pasivasi stainless steel AISI 316 lebih lebar dibanding
AISI 304 untuk semua pH larutan asam asetat dan ammonia, yang berarti pasivasi AISI 316 lebih baik.
2. Laju korosi AISI 304 lebih cepat dibanding AISI 316 padaberbagai pH dan didapatkan laju korosi tertinggi adalah AISI 304 dalam larutan asam asetat dan ammonia pada pH 4 dengan nilai0,052 mm/yr, sedangkan laju korosi terendah adalah pada AISI 316 pada pH 10 dengan nilai 0,00000131 mm/yr.
3. Produk korosi yang dihasilkan banyak tersebar di daerah bagianpinggir logam, baik AISI 304 dan AISI 316. Bentuk korosiyangterjadi adalah korosi sumuran (pitting corrosion) dan korosimerata.
Saran1. Perlu dilakukannya pengujian imersi untuk menentukan laju
korosi dengan metoda weight loss sebagai pembanding.
2. Perlu dilakukannya pengujian imersi dalam waktu yang cukupuntuk pengujian XRD mengetahui produk korosi yang terbentuk
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Daftar PUstaka
American Standard Testing and Material G 1 – 03 Standard Practice for Preparing, Cleaning, and Evaluating Corrosion Test Specimens.
American Standard Testing and Material G 102-89 Standard Practice for Calculation of Corrosion Rates and Related Information from Electrochemical Measurements.
Azzerri, N., Mancia, F., Tamba, A. 1982. “ Electrochemical Prediction of Corrosion Behaviour of Stainless Steels in Chloride-Containing Water”. Corrosion Science 22, 7: 675-687.
Chandler, Kenneth A. 1985. Marine and Offshore Corrosion. London : Butterworths.
Degremont Company. 1979. Water Treatment Handbook, 5th edition. New York : John Wiley & Sons, Inc.
Fontana, Mars G. 1986. Corrosion Engineering, 3rd edition. Singapore : McGraw Hill International Edition.
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Halimatuddahliana. 2003. Pencegahan Korosi dan Scale pada ProsesProduksi Minyak Bumi. Medan : Universitas Sumatera Utara.
Jones, Denny. 1996. Principle and Prevention of Corrosion. New York : Macmillan Publishing Company.
Kelly, Robert G. and Scully, John R. 2003. Electrochemical Techniques in Corrosion Science and Engineering. New York : Marcel Dekker, Inc.
Marcus, P and Oudar, J. 1995. Corroion Mechanism in Theory and Practice. New York : Marcel Dekker, Inc.
Roberge, Pierre R. 2007. Corrosion Inspection and Monitoring. New Jersey : JohnWiley & Sons, Inc.
Schweitzer, Philip A. 1987. What Every Engineer Should Know About Corrosion. New York and Bassel : Marcel Dekker, Inc.
Shreir, R. A. 1995. Corrosion Metal/Environmental Reactions. Oxford : Butterworth Heinemann, Ltd.
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS
Stainless Steel Org. October 2009. Aplication of Stainless Steel AISI 304 in the World, <URL: http://www. www.worldstainless.org>
Suherman, Wahid. 1999. Ilmu Logam II. Surabaya : Fakultas TeknologiIndustri, ITS.
Sulistijono. 1999. Diktat Kuliah Korosi. Surabaya : Fakultas TeknologiIndustri, ITS.
Talbot, David E. J. 2007. Corrosion Science & Technology, 2nd edition. United States Of America : CRC Press Taylor&Francis Group.
Trethewey, K.R dan J.Chamberlain.1996. Corrosion for Science and Engineering. 2nd edition. UK: Harlow: Longman.
Uhlig, Herbert H. 1985. Corrosion and Corrosion Control. New York: John Wiley & Sons.
Widharto, Sri. 2001. Karat dan Pencegahannya. Jakarta : PT. PradnyaParamita.
Zhang, G. A. and Cheng, Y. F. 2009. “Corrosion of X65 steel in CO2-saturated oilfield formation water in the absence and presence of acetic acid”. Elsevier. 51, 1589-1595.