Kepekaan Retak Korosi Tegangan Baja Tahan Karat Austenitik AISI 304 Dalam Lingkungan Air Laut Buatan

KEPEKAAN RETAK KOROSI TEGANGAN BAJA NIRKARAT
AUSTENITIK AISI 304 DALAM LINGKUNGAN
AIR LAUT BUATAN

TESIS

OLEH

MARZUKI DAUD
037015009/MTM

PROGRAM FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2010

Universitas Sumatera Utara

KEPEKAAN RETAK KOROSI TEGANGAN BAJA NIRKARAT
AUSTENITIK AISI 304 DALAM LINGKUNGAN
AIR LAUT BUATAN

TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik
Pada Program Studi Magister Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

OLEH
MARZUKI DAUD
037105009/MTM

FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2010

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Telah di uji oleh Tim Penguji pada tanggal 19 September 2011

TIM PENGUJI:
KETUA

: Dr.Ir.M.Ridha, M.Eng

ANGGOTA

: 1. Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME
2. Ir. Tugiman MT
3. Dr.Eng.Ir. Indra, MT
4. Dr.-Ing. Ikhwansyah Isranuri

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Curriculum Vitae

Data Pribadi / Personal Details
Nama / Name
Alamat / Addres
Kode Post / Postal Code
Nomor Telepon / Phone
Email
Jenis Kelamin / Gender
Tanggal Kelahiran/Date of Birth
Status Marital / Marital Status
Warga Negara / Nationality
Agama / Religion

:
:
:
:
:
:
:
:
:
:

Marzuki Daud
Jl. Selebes No.153 Belawan , Medan-SUMUT
20412
081362360493
arzid_aud@ymail.com
Laki-laki
9 September 1968
Kawin
Indonesia
Islam

Riwayat Pendidikan
Summary of Education
Jenjang Pendidikan
Education Information
Periode

:

Sekolah / Institusi / Universitas

Jurusan

Jenjang

IPK

1988

-

1997

Universitas Sumatera Utara

T.Mesin

S1

2,50

2003

-

2011

Universitas Sumatera Utara

T.Mesin

S2

3,22

Pengalaman Penelitian
Research Experience
No

Tahun

1

2007

2

2007

3

2009

Judul/Title
Catatan/Notes
FEM Application for Simulation Stress
Bulletin
Distribution at Specimen SCC
Influence Stress Application at polarization
curve of Type 304 Austenitic Stainless Steel in
Bulletin
Sea Water Artificial Environment
Stress Corrosion Cracking Susceptibility of Type
304 Austenitic Stainless Steel in Sea Water
Dissertasion
Artificial Environment

Universitas Sumatera Utara

Riwayat Pengalaman Kerja
Summary of Working Experience
Tahun
Instansi / Perusahaan
Posisi
Job Deskripsi

: Dec 2000 – Nov 2005
: PT. Mechmar Jaya Industries
: QA Head
:
- Examination and documentation at product flow and
project installation.
- Incoming/outgoing good.
- Supplier maintain and monitoring customer complaint.
- Conduct observation and monitoring operation
procedure manual and quality assurance manual in
order to ISO system of quality management.

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Komponen kontruksi baja nirkarat AISI 304 sebagai penahan beban penyambung tali
temali pada perahu di lingkungan air laut, seperti socket swaged, chain plate,
turnbuckle dan lain-lain, sering mengalami kegagalan retak korosi tegangan (SCC)
meskipun tegangan yang bekerja secara mekanik masih jauh di bawah kekuatan
luluhnya. Penelitian ini bertujuan mempelajari kepekaan SCC baja nirkarat austenitik
AISI 304 dalam lingkungan air laut buatan, yang direpresentasikan oleh perilaku
polarisasinya. Eksperimen dilakukan dengan menyiapkan dua puluh spesimen C-ring
standar ASTM G38 yang telah di anil dari batang silindris pejal. Pembebanan di dapat
dari simulasi FEM menggunakan paket program Ansys 9.0, dihasilkan variasi
tegangan aplikasi (σapp) maksimum 0,0σy, 0,21σy, 0,30σy, 0,40σy, dan 0,49σy. Larutan
3,5% NaCl menyerupai air laut temperatur kamar menjadi lingkungan pengujian.
Studi tentang pengaruh level tegangan terhadap perilaku polarisasi anodik katodik
dengan variasi level tegangan tersebut di atas dilakukan tanpa perlakuan waktu
rendam. Untuk mempelajari pengaruh waktu perendaman terhadap perilaku polarisasi
yang katodik dengan variasi level tegangan tersebut di atas di rendam dengan waktu
0, 240, 480, dan 720 jam. Selanjutnya untuk mempelajari pengaruh level tegangan
terhadap kepekaan SCC, pengamatan inisiasi korosi pada permukaan spesimen
dilakukan secara berkala sesuai dengan waktu perendaman. Hasil penelitian
menunjukan bahwa level tegangan dan waktu perendaman berpengaruh terhadap
perilaku polarisasi di permukaan spesimen, dimana semakin tinggi level tegangan
maka semakin tinggi potensial (Ecor), dan densitas arus korosi (icor). Untuk batas
σapp < 0,40σy inisiasi SCC belum terjadi pada waktu perendaman < 720 jam atau
dengan kata lain SCC kemungkinan akan ter inisiasi apabila spesimen mendapat
σapp ≥ 0,4σy setelah di rendam selama 720 jam. Pada kondisi ini perilaku polarisasi
pada tegangan aplikasi tersebut adalah, Ecor ≤ -520,1 mVsce dan, icor ≥ 4,66 A/cm2
(53,68 mpy).
Kata kunci: Baja Nirkarat AISI 304, C-ring Spesimen, Air Laut Buatan, Waktu
Rendam, Level Tegangan, Potensial dan Densitas Arus Korosi.

i
Universitas Sumatera Utara

ABSTRACT

The component of AISI 304 stainless steel construction is used as a prop of linking up
the ropes on the boat on the sea, such as socket swaged, chain plate, turnbuckle, and
so on. This component usually has a failure problem of Stress Corrosion Cracking
(SCC) although the stress which operates mechanically is far from its yield strength.
The aim of this research is to analyze the SCC susceptibility of AISI 304 austenite
stainless steel in artificial sea water which is represented by its polarization
behavior. The experiment was conducted by preparing twenty specimens of ASTM
G38 standard C-ring which had been annealing from solid cylindrical bar. The load
was obtained from FEM simulation, using Ansys 9.0 program packet, produced
varied maximum application stress (σapp) of 0.0σy, 0.21σy, 0.30σy, 0.40σy, and 0.49σy.
3.5% of NaCl which represent the artificial sea-water solution of room temperature
was used for testing environment. The influence of application stress on anodic
cathodic polarization behavior with the stress level variation as given above was
conducted without considering the treatment of immersion time. In order to study the
influence of immersion time on the cathodic polarization behavior with, the stress
level variation the spesimens were immersed in the solution for 0, 240, 480, and 720
hours. In addition, the study of the influence stress level on the SCC susceptibility,
was conducted by observing the corrosion initiation on the surface specimen
periodically. The result of the research shows that the stress level and immersion time
influenced the polarization behavior on the surface of specimen. It indicated that the
higher the stress level, the higher the potential (Ecor) and the current density of
corrosion (icor). When σapp < 0.40σy, SCC initiation was not happen for immersion
time < 720 hour. In other words, the SCC will be initiated if the σapp > 0.40σy, and the
immersion time more then 720 hours. The polarization behavior for the applied
stress were, Ecor 4.66 µA/cm2 (53,68 mpy).
Keywords : Stainless Steel AISI 304, C-ring Specimen, Sea Water Artificial,
Immersion Time, Stress Level, Potential, Current Density
.

ii
Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Puji syukur kita panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, dengan berkat
limpahan rahmat dan karuniaNya, penulis dapat menyelesaikan tesis ini dengan judul:
“Kepekaan Retak Korosi Tegangan Baja Tahan Karat Austenitik AISI 304
Dalam Lingkungan Air Laut Buatan”.
Penulisan ini terlaksana berkat dorongan dan arahan dari berbagai pihak,
terutama komisi pembimbing, para pembanding melalui proposal penelitian telah
banyak memberikan saran dan masukan demi kesempurnaan penulisan laporan tesis
ini.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih yang sedalamdalamnya kepada, Dr. Ir. M. Ridha, M.Eng, Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME dan
Ir. Tugiman, MT selaku komisi pembimbing dan juga sebagai ketua dan anggota yang
telah memberikan kesempatan untuk melaksanakan salah satu penelitiannya serta
memberi petunjuk dan arahan dalam menentukan langkah-langkah pada pelaksanaan
penelitian ini.
Dr. Eng. Ir. Indra, MT, Dr. Ir. M. Ridha, M.Eng, selaku Ketua, Magister
Teknik Mesin Fakultas Teknik USU, dan Ketua Kelompok Riset Komputasi dan
Korosi di Laboratorium Material Universitas Syiah Kuala yang telah memberi
kesempatan dan fasilitas serta menyetujui penulisan laporan tesis ini untuk
mendapatkan masukan-masukan demi penyempurnaan dari mulai sistem penulisan

iii
Universitas Sumatera Utara

dan hal - hal lain yang berkaitan dengan judul penelitian ini.
Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan
kesempatan kepada saya untuk menyelesaikan pendidikan S2, Bapak-bapak dosen
Penguji dan Pembanding yang telah memberikan tanggapan dan saran perbaikan,
serta rekan - rekan yang telah berpartisipasi dalam penulisan ini.
Penulis menyadari masih jauh dari kesempurnaan, kritik dan saran sangat
diharapkan untuk perbaikan pada masa-masa mendatang dan semoga tulisan
sederhana ini ada manfaatnya.

Medan, Desember 2010
Penulis,

Marzuki Daud

iv
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

Halaman
ABSTRAK ................................................................................................................. i
KATA PENGANTAR ..............................................................................................iii
DAFTAR ISI ............................................................................................................. v
DAFTAR TABEL ................................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... vii
DAFTAR LAMPIRAN.............................................................................................. x
DAFTAR ISTILAH .................................................................................................. xi
BAB 1 PENDAHULUAN ........................................................................................ 1
1.1. Latar Belakang ...................................................................................... 1
1.2. Pembatasan Masalah ............................................................................. 3
1.3. Perumusan Masalah ............................................................................... 4
1.4. Tujuan Penelitian................................................................................... 5
1.4.1. Tujuan umum .............................................................................. 5
1.4.2. Tujuan khusus .............................................................................. 5
1.5. Manfaat Penelitian................................................................................. 5
BAB 2 TINJAUAN KEPUSTAKAAN ..................................................................... 6
2.1. Baja Nirkarat Austenitik ........................................................................ 6
2.2. Perhitungan Tegangan Dengan Metode Elemen Hingga ........................ 8
2.3. Korosi Peristiwa Elektrokimia di Alam............................................... 11
2.3.1. Energi Bebas dan Potensial Listrik. .......................................... 11
2.3.2. Mekanisme Korosi - Tegangan................................................ 13
2.3.3. Polarisasi Elektrokimia ............................................................ 17
2.4. Kurva Polarisasi Baja Nirkarat AISI 304 di Lingkungan Air Laut ........ 21
2.5. Kerangka Konsep ................................................................................ 22
BAB 3 METODE PENELITIAN............................................................................ 23
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian .............................................................. 23
3.2. Bahan, Peralatan dan Metode .............................................................. 23
3.3. Rancangan Penelitian .......................................................................... 26

v
Universitas Sumatera Utara

3.4. Pelaksanaan Penelitian ........................................................................ 28
3.4.1. Persiapan Bahan....................................................................... 28
3.4.2. Pengujian Korosi Tegangan dan Perlakuan Rendam ................. 31
3.4.3. Pengukuran Kurva Polarisasi ................................................... 31
3.5. Prosedur Pengukuran, Pengolahan dan Analisa Data ........................... 33
3.5.1. Pengukuran Pergeseran Diameter ............................................ 33
3.5.2. Simulasi Distribusi Tegangan dan Pergeseran Diameter .......... 33
3.5.3. Potensial dan Densitas Arus Korosi. ........................................ 36
3.5.4. Kepekaan Korosi Tegangan..................................................... 38
3.6. Variabel yang Diamati. ....................................................................... 38
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................... 39
4.1. Distribusi Tegangan dan Pergeseran Diameter. .................................... 39
4.2. Hasil Pengukuran Kurva Polarisasi Anodik-Katodik Spesimen Tanpa
Perlakuan Rendam............................................................................... 42
4.3. Hasil Pengukuran Kurva Polarisasi Katodik dan Pengamatan Korosi
Tegangan Spesimen Perlakuan Rendam. .............................................. 45
4.3.1. Spesimen Pergeseran Diameter ∆ = 0,0 mm.............................. 45
4.3.2. Spesimen Pergeseran Diameter ∆ = 0,35 mm............................ 47
4.3.3. Spesimen Pergeseran Diameter ∆ = 0,50 mm. ........................... 48
4.3.4. Spesimen Pergeseran Diameter ∆ = 0,65 mm. ........................... 50
4.3.5. Spesimen Pergeseran Diameter ∆ = 0,80 mm. ........................... 51
4.3.6. Pengaruh Tegangan dan Waktu Rendam Terhadap
Potensial dan Densitas Arus Korosi......................................... 53
4.3.7. Batas Kepekaan SCC ................................................................ 54
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................... 58
5.1. Kesimpulan ......................................................................................... 58
5.2. Saran ................................................................................................... 59
DAFTAR KEPUSTAKAAN ................................................................................... 60
LAMPIRAN ............................................................................................................ 62

vi
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

No.

Judul

Halaman

2.1. Komposisi Kimia Baja Nirkarat AISI 304…………………………………......

7

2.2. Sifat Fisik Baja Nirkarat AISI 304.…………………………………………….

7

2.3. Densitas Korosi Baja Nirkarat Lingkungan Laut Peniruan Beton…………….. 21
4.1. Sifat Mekanik Baja Nirkarat AISI 304................................................................ 40
4.2. Kontur Daerah Tegangan Maksimum dan Tegangan Ukur………………........ 42
4.3. Densitas Arus Korosi Baja Nirkarat AISI 304 Dengan Variasi Level Tegangan
Dalam Lingkungan Air Laut Buatan................................................................... 44
4.5. Pengamatan Foto Korosi Tegangan Permukaan Spesimen................................. 54

vii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

No.

Judul

Halaman

2.1. Mikrostruktur Baja Nirkarat Austenitik AISI 304…………………………….

6

2.2. Komponen Tiga Dimensi C-ring Spesimen…………………………………..

8

2.3. Faktor Koreksi Z. ………………………..…………………………………...

9

2.4. Kasus SCC Penyambung Tali Temali Pada Perahu. ………………………… 15
2.5. Mekanisme Inisiasi Pit Korosi……………………………….......................... 16
2.6. Komponen Sel Elektrokimia Tiga Elektroda………………………………… 18
2.7. Skema Empat Kurva Polarisasi Ekstrapolasi Tafel……………………........... 19
2.8. Kurva Polarisasi Baja AISI 304 Lingkungan Laut Peniruan Beton………….. 21
2.9. Kerangka Konsep Penelitian…………………………………………………. 22
3.1. Dimensi Spesimen………………………..………………………………….. 23
3.2. Set–up Pengukuran Kurva Polarisasi………………………………………... 24
3.3. Diagram Alir Penelitian………………………..…………………………….. 27
3.4. Batang Silindris dan Orientasi Pemotongan C-ring Spesimen………………. 28
3.5. Pelapisan Spesimen (a) Korosi Tegangan (b) Kurva Polarisasi……………... 30
3.6. (a) Model Geometris dan (b) Pembagian Meshing ………………………….. 34
3.7. Geometri, Meshing, Beban dan Syarat Batas………………………………… 35
3.8. Simulasi (a) Distribusi Kontur Tegangan (b) Pergeseran Diameter…………. 35
3.9. Ekstrapolasi Tafel Kurva Polarisasi Anodik Katodik………………………... 37
3.10. Ekstrapolasi Tafel Kurva Polarisasi Katodik……………………………........ 37
4.1. Kurva Tegangan-Regagan Baja Nirkarat AISI 304…………………………... 39
4.2. Simulasi Distribusi Tegangan Total Von Misses,  = 0.35 mm…………….. 40
4.3. Simulasi Pergeseran Diameter,  = 0.35 mm………………………………... 41
4.4. Kurva Polarisasi Anodik Katodik Baja Nirkarat AISI 304 Lingkungan Uji
3,5% NaCl Dengan Variasi Tegangan Aplikasi…………………................ 43

viii
Universitas Sumatera Utara

4.5. Kurva Polarisasi Katodik Baja Nirkarat AISI 304 Lingkungan Uji 3,5%
NaCl Beban Tegangan 0.0σy Dengan Variasi Waktu Rendam…………........ 45
4.6. Perkembangan Inisiasi Korosi Tanpa Beban Dengan Variasi Waktu
Rendam (a) 0 jam, (b) 240 jam, (c) 480 jam, dan (d) 720 jam………………. 46
4.7. Kurva Polarisasi Katodik Baja Nirkarat AISI 304 Lingkungan Uji 3,5%
NaCl Beban Tegangan 0.17σy Dengan Variasi Waktu Rendam...…………… 47
4.8. Perkembangan Inisiasi Korosi Beban Tegangan 0,21σy Variasi Waktu
Rendam (a) 0 jam, (b) 240 jam, (c) 480 jam, dan (d) 720 jam………………. 48
4.9. Kurva Polarisasi Katodik Baja Nirkarat AISI 304 Lingkungan Uji 3,5%
NaCl Beban Tegangan 0.25σy Dengan Variasi Waktu Rendam…………...... 48
4.10. Perkembangan Inisiasi Korosi Beban Tegangan 0,30σy Variasi Waktu
Rendam (a) 0 jam, (b) 240 jam, (c) 480 jam, dan (d) 720 jam………………. 49
4.11. Kurva Polarisasi Katodik Baja Nirkarat AISI 304 Lingkungan uji 3,5%
NaCl Beban Tegangan 0.33σy Dengan Variasi Waktu Rendam…..………… 50
4.12. Perkembangan Inisiasi Korosi Beban Tegangan 0,40σy Variasi Waktu
Rendam (a).0 jam, (b) 240 jam, (c) 480 jam, dan (d) 720 jam. …………..
51
4.13. Kurva Polarisasi Katodik Baja Nirkarat AISI 304 Lingkungan Uji 3,5%
NaCl Beban Tegangan 0.40σy Dengan Variasi Waktu Rendam….................. 52
4.14. Perkembangan Inisiasi Korosi Beban Tegangan 0,49σy Variasi Waktu
Rendam (a) 0 jam, (b) 240 jam, (c) 480 jam, dan (d) 720 jam………………. 52
4.15. Lokasi Batas Kepekaan dan Pit Korosi Level Tegangan 0,4 dan Perlakuan
Rendam 720 jam………………………..……………………......................... 55
4.16. Kurva Level Tegangan-Densitas Korosi Lingkungan 3.5% NaCl Dengan
Variasi Waktu Rendam…………………………..…………………………... 56
4.17. Kurva Level Tegangan - Potensial Korosi Lingkungan 3.5% NaCl Dengan
Variasi Waktu Rendam………..………………………..……………………. 56

ix
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN

No.

Judul

Halaman

1. Data Proses Olah Panas Annealing…………………………………….............. 62
2. Data Pengujian Tarik…………………………………………………………... 63
3. Komposisi Kimia………………………………………………………............. 66
4. Data Dimensi Spesimen………………………………………………………... 67
5. Data Pengukuran Pembebanan Spesimen………………………………............ 69
6. Hasil Simulasi Ansys 9.0……………………………………………………….. 71
7. Peralatan Uji Sel Korosi dan Perlakuan Rendam………………………............ 74
8. Rangkaian Peralatan Pengukuran Kurva Polarisasi………………………......... 75
9. Penentuan Potensial dan Densitas Korosi Dari Kurva Polarisasi Dengan
Ekstrapolasi Tafel………………………………………………………............. 76
10. Hasil Pengukuran Kurva Polarisasi Katodik…………………………………… 78

x
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISTILAH

Simbol

Nama Istilah

Satuan
mm2



Luas penampang

a

Tetapan anoda Tafel

c

Tetapan katoda Tafel

CR

Laju korosi

mpy

D

Diameter rata-rata

mm

D

Densitas metal

Δ

Pergeseran diameter luar akibat tegangan aplikasi

ΔG

Perubahan energi netto

kJ/mol

ΔGo

Perubahan energi netto baku

kJ/mol

E

Modulus elastisitas

GPa

E

Potensial pengukuran

Volt

Ecor

Potensial korosi bebas

Volt

Ε

Regangan teknik

F

Gaya

[F]

Matrik beban

F

Konstanta Faraday (96,494)

G

Energi bebas



Polarisasi

a

Polarisasi anodik

c

Polarisasi katodik

ia

Densitas arus anoda

A/mm2

ic

Densitas arus katoda

A/mm2

icor

Densitas arus korosi

A/mm2

io

Densitas arus pertukaran

A/mm2

gr/cm2
mm

N

coulomb/mol
kJ/mol

xi
Universitas Sumatera Utara

K

Tetapan kesetimbangan

[K]

Matrik kekakuan

KI

Faktor intensitas modeI

MPa m1/2

KIC

Faktor ketangguhan

MPa m1/2

L

Panjang

M

Berat molekul

N

Poison ratio

ODf

Diameter luar setelah mengalami tegangan

mm

OD

Diameter luar sebelum mengalami tegangan

mm

R

Konstanta gas universal

σapp

Tegangan aplikasi

MPa

σy

Tegangan luluh

MPa

σu

Tegangan ultimate

MPa

T

Temperatur

[u]

Matrik pergeseran

Z

Jumlah elektron pindah dalam reaksi korosi

Z

Faktor Koreksi

mm
gr/mol

J mol-1 K-1

K

xii
Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Komponen kontruksi baja nirkarat AISI 304 sebagai penahan beban penyambung tali
temali pada perahu di lingkungan air laut, seperti socket swaged, chain plate,
turnbuckle dan lain-lain, sering mengalami kegagalan retak korosi tegangan (SCC)
meskipun tegangan yang bekerja secara mekanik masih jauh di bawah kekuatan
luluhnya. Penelitian ini bertujuan mempelajari kepekaan SCC baja nirkarat austenitik
AISI 304 dalam lingkungan air laut buatan, yang direpresentasikan oleh perilaku
polarisasinya. Eksperimen dilakukan dengan menyiapkan dua puluh spesimen C-ring
standar ASTM G38 yang telah di anil dari batang silindris pejal. Pembebanan di dapat
dari simulasi FEM menggunakan paket program Ansys 9.0, dihasilkan variasi
tegangan aplikasi (σapp) maksimum 0,0σy, 0,21σy, 0,30σy, 0,40σy, dan 0,49σy. Larutan
3,5% NaCl menyerupai air laut temperatur kamar menjadi lingkungan pengujian.
Studi tentang pengaruh level tegangan terhadap perilaku polarisasi anodik katodik
dengan variasi level tegangan tersebut di atas dilakukan tanpa perlakuan waktu
rendam. Untuk mempelajari pengaruh waktu perendaman terhadap perilaku polarisasi
yang katodik dengan variasi level tegangan tersebut di atas di rendam dengan waktu
0, 240, 480, dan 720 jam. Selanjutnya untuk mempelajari pengaruh level tegangan
terhadap kepekaan SCC, pengamatan inisiasi korosi pada permukaan spesimen
dilakukan secara berkala sesuai dengan waktu perendaman. Hasil penelitian
menunjukan bahwa level tegangan dan waktu perendaman berpengaruh terhadap
perilaku polarisasi di permukaan spesimen, dimana semakin tinggi level tegangan
maka semakin tinggi potensial (Ecor), dan densitas arus korosi (icor). Untuk batas
σapp < 0,40σy inisiasi SCC belum terjadi pada waktu perendaman < 720 jam atau
dengan kata lain SCC kemungkinan akan ter inisiasi apabila spesimen mendapat
σapp ≥ 0,4σy setelah di rendam selama 720 jam. Pada kondisi ini perilaku polarisasi
pada tegangan aplikasi tersebut adalah, Ecor ≤ -520,1 mVsce dan, icor ≥ 4,66 A/cm2
(53,68 mpy).
Kata kunci: Baja Nirkarat AISI 304, C-ring Spesimen, Air Laut Buatan, Waktu
Rendam, Level Tegangan, Potensial dan Densitas Arus Korosi.

i
Universitas Sumatera Utara

ABSTRACT

The component of AISI 304 stainless steel construction is used as a prop of linking up
the ropes on the boat on the sea, such as socket swaged, chain plate, turnbuckle, and
so on. This component usually has a failure problem of Stress Corrosion Cracking
(SCC) although the stress which operates mechanically is far from its yield strength.
The aim of this research is to analyze the SCC susceptibility of AISI 304 austenite
stainless steel in artificial sea water which is represented by its polarization
behavior. The experiment was conducted by preparing twenty specimens of ASTM
G38 standard C-ring which had been annealing from solid cylindrical bar. The load
was obtained from FEM simulation, using Ansys 9.0 program packet, produced
varied maximum application stress (σapp) of 0.0σy, 0.21σy, 0.30σy, 0.40σy, and 0.49σy.
3.5% of NaCl which represent the artificial sea-water solution of room temperature
was used for testing environment. The influence of application stress on anodic
cathodic polarization behavior with the stress level variation as given above was
conducted without considering the treatment of immersion time. In order to study the
influence of immersion time on the cathodic polarization behavior with, the stress
level variation the spesimens were immersed in the solution for 0, 240, 480, and 720
hours. In addition, the study of the influence stress level on the SCC susceptibility,
was conducted by observing the corrosion initiation on the surface specimen
periodically. The result of the research shows that the stress level and immersion time
influenced the polarization behavior on the surface of specimen. It indicated that the
higher the stress level, the higher the potential (Ecor) and the current density of
corrosion (icor). When σapp < 0.40σy, SCC initiation was not happen for immersion
time < 720 hour. In other words, the SCC will be initiated if the σapp > 0.40σy, and the
immersion time more then 720 hours. The polarization behavior for the applied
stress were, Ecor 4.66 µA/cm2 (53,68 mpy).
Keywords : Stainless Steel AISI 304, C-ring Specimen, Sea Water Artificial,
Immersion Time, Stress Level, Potential, Current Density
.

ii
Universitas Sumatera Utara

BAB 1
PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang
Baja nirkarat austenitik AISI 304, memiliki daya tahan korosi lebih baik
dibandingkan jenis martensitik, dan feritik, di beberapa lingkungan korosif seperti air
laut. Sifat daya tahan korosi ini disebabkan lapisan pasif pelindung khromium oksida
(CrO3) yang berkarakter kuat dan tidak terlihat secara kasat mata. Sifat lain dari
bahan ini yaitu, ketangguhan cukup tinggi, dan toleran terhadap temperatur tinggi.
Dengan memiliki karakter tersebut baja ini banyak dipergunakan pada struktur
konstruksi di lingkungan air laut seperti, di pengeboran minyak lepas pantai, di
perkapalan, penguat beton infrastruktur tepi pantai, dan lain - lain.
Namun demikian kegagalan retak korosi tegangan (SCC) baja nirkarat pada
struktur konstruksi dalam lingkungan air laut tetap merupakan salah satu dari
permasalahan korosi. SCC adalah kegagalan rapuh paduan logam akibat kombinasi
secara simultan antara tegangan tarik paduan logam tersebut dan lingkungan korosif.
Pengamatan di lapangan kasus SCC pada perlengkapan penyambung tali
temali di perahu seperti socket swaged, chain plate, turnbuckle, dan lain-lain, yang
terbuat dari baja nirkarat AISI 304 di lingkungan air laut, dalam aplikasinya
mengalami tegangan tarik pada penyambungan tali dan socket untuk menahan beban
dari tiang perahu layar, tegangan tarik ini diperkirakan jauh di bawah tegangan
luluhnya. Kontaminasi garam dan pengotor air merembes sepanjang kawat memasuki

1
Universitas Sumatera Utara

2

celah sempit sehingga garam berakumulasi, ini mempercepat SCC secara dramatis
dan tali kawat akan tercabut secara tiba-tiba (J.C. Stomer, 2005).
Kegiatan tegangan tarik akan menyerang kisi kristal, yang semestinya dalam
keadaan kesetimbangan dan berakibat bangkitnya energi termodinamik ikatan-ikatan
atom. Kalau efek ini terlokalisasi pada permukaan, anoda-anoda akan terbentuk,
sehingga daerah ini rentan terhadap serangan korosi (KR. Trethewey, 1988).
Lingkungan air laut, dikenal korosif karena mengandung 3,5% garam dan di
dalamnya terdapat senyawa klorida (M. Schumacher, 1979). Baja nirkarat AISI 304
akan mengalami SCC di lingkungan

yang

mengandung

senyawa

klorida

(M.G. Fontana, 1979). Intrusi ion-ion klorida akan menguak lapisan oksida dan
membantu melarutkan logam baja nirkarat (John Sedrick, 1979). Baja akan
mengalami degradasi sifat ketangguhan sebagai suatu karakteristik yang dimilikinya.
Rusaknya lapisan pasif, timbulnya lubang sebagai pemicu, retak akan terus menyebar
jika faktor intensitas tegangan (K1) lebih besar dari faktor ketangguhan material
(K1C), fenomena laju degradasi ini tidak dapat dicegah, namun hanya diperlambat.
Kepekaan SCC baja nirkarat austenitik AISI 304 dalam lingkungan air laut
telah dipelajari, dengan mengukur kurva polarisasi Tafel, menyatakan aktifitas korosi
di lingkungan air laut adalah 4,275 A/cm2 (CR = 49,25 mpy) pada potensial korosi
alami -380 mV aktifitas korosi demikian cukup mendukung terjadinya SCC
(J. Teran, Torres. A. A, dkk, 2005).
Efek regangan elastik/plastik simulasi MSC Nastran spesimen U-bend
terhadap densitas arus korosi dalam lingkungan air laut buatan, efek galvanik akan

Universitas Sumatera Utara

3

terjadi di atas permukaan baja karbon dengan nilai regangan elastik/plastik yang lebih
besar menjadi lebih anodik dan area ini lebih ter korosi (M. Ridha dan S.Aoki, 2006).
Dari penelitian-penelitian tersebut artinya bahwa tegangan ada kaitannya
dengan perilaku polarisasi elektrokimia. Polarisasi adalah perubahan potensial dari
elektroda selama proses elektrolisis. Kurva polarisasi menggambarkan perilaku
korosi dari suatu bahan antara hubungan arus yang bekerja dan nilai potensial di
permukaan logam tersebut. Tetapi variasi tegangan dan waktu yang mempengaruhi
perilaku polarisasi sepengetahuan penulis belum pernah dilakukan khususnya
berkaitan dengan nilai kepekaan SCC.
Variasi tegangan dan waktu

menjadi

variabel

penting dan

harus

diperhitungkan dalam mengamati fenomena kepekaan SCC, maka di telitilah
kepekaan SCC dalam lingkungan air laut terhadap baja nikarat austenitik AISI 304
yang banyak dipakai sebagai bahan konstruksi baik dalam bentuk pelat, batangan,
pipa dan lain-lain.

1.2. Pembatasan Masalah
Karena kompleknya permasalahan yang ada maka untuk mempersempit
permasalahan dibuat batasan-batasan sebagai berikut:
1. Spesimen C-ring dibuat standar ASTM G 38-73 dari material silindris pejal.
2. Variasi pergeseran diameter C-ring dibuat, 0,35 mm, 0,50 mm, 0,65 mm
dan 0,80 mm, dengan mengencangkan baut dan mur.
3. Media pengkorosian larutan 3,5% NaCl, temperatur kamar.

Universitas Sumatera Utara

4

4. Kurva polarisasi anodik-katodik di ukur pada bidang ekspos seluas 1 cm2,
bagian tengah lengkungan spesimen.
5. Pengaruh waktu rendam di ukur hanya kurva katodik, selama 720 jam
dimana setiap 240 jam dilakukan pengamatan.
6. Pengamatan kepekaan SCC hanya pada fase pemicuan.

1.3. Perumusan Masalah
Fenomena SCC paduan logam baja nirkarat AISI 304 terjadi karena kombinasi
tegangan statik paduan logam dan lingkungan korosif air laut. Efek tegangan tarik
akibat pembebanan akan menyerang kisi kristal, yang semestinya dalam keadaan
kesetimbangan. Jika efek ini terlokalisasi pada permukaan logam dan berada dalam
lingkungan korosif air laut menyebabkan daerah tegangan lebih besar akan menjadi
lebih anodik dan akan rentan terhadap serangan korosi, sehingga merusak lapisan
pasif pelindung khromium oksida. Intrusi ion klorida pada logam menjadi inisiasi
awal terjadinya pit (lubang) yang memicu SCC.
Hal ini menjadi penting untuk diketahui seberapa besar tegangan dan waktu
yang mempengaruhi kepekaan SCC atau rusaknya lapisan pelindung pada baja
nirkarat austenitik AISI 304 lingkungan air laut, bagaimana pengaruh tegangan dan
waktu terhadap perilaku polarisasi korosi. Dengan mengetahui hal tersebut diperoleh
data pengaruh tegangan dan waktu perendaman terhadap perilaku polarisasi korosi
pada penggunaan baja nirkarat AISI 304 dalam lingkungan air laut buatan dan batas
tegangan penyebab pemicuan SCC.

Universitas Sumatera Utara

5

1.4. Tujuan Penelitian
1.4.1. Tujuan umum
Secara umum penelitian ini bertujuan untuk mempelajari penomena kepekaan
SCC material baja nirkarat austenitik AISI 304 di lingkungan air laut buatan.
Kepekaan SCC yang direpresentasikan oleh perilaku polarisasi elektrokimia.
1.4.2. Tujuan khusus
Secara khusus penelitian ini bertujuan untuk mempelajari:
1. Pengaruh variasi tegangan aplikasi pada spesimen terhadap potensial dan
densitas arus korosi.
2. Pengaruh variasi tegangan aplikasi pada spesimen dan waktu rendam
terhadap potensial dan densitas arus korosi.
3. Batas tegangan minimal dan perilaku polarisasi yang tidak memicu
terjadinya inisiasi SCC selama perendaman 720 jam.

1.5. Manfaat Penelitian
Dari hasil penelitian ini akan diperoleh manfaat sebagai berikut:
1. Memberi informasi kepada konsumen tentang batas kepekaan SCC
material baja nirkarat austenitik AISI 304 dalam lingkungan air laut.
2. Tersedianya data-base hubungan antara kurva polarisasi dan tegangan yang
bekerja pada material baja nirkarat AISI 304 di lingkungan air laut dapat
dipergunakan untuk simulasi korosi dengan metode elemen batas (Boundry
Element Method) yang memperkirakan dimana akan terjadi korosi SCC.

Universitas Sumatera Utara

BAB 2
TINJAUAN KEPUSTAKAAN

2.1. Baja Nirkarat Austenitik
Kandungan unsur dalam logam mempengaruhi ketahanan logam terhadap
korosi, dimana paduan dengan unsur tertentu lebih tahan korosi dibanding logam
murni, contoh baja nirkarat atau baja paduan Fe-18Cr-8Ni lebih tahan korosi
dibandingkan Fe murni.
Berdasarkan persentase paduan unsur kimia, baja nirkarat di bagi menjadi
lima jenis, yaitu: baja nirkarat martensitik, feritik, austenitik, duplek dan percipitation
hardening. AISI 304 adalah jenis baja nirkarat austenitik, unsur pembentuk utamanya
besi, karbon sangat rendah 0,08%, khromium (18 - 20)% dan nikel (8 - 10,5)%.
Gambar 2.1, memperlihatkan mikrostruktur baja nirkarat austenitik AISI 304. Logam

Gambar 2.1. Mikrostruktur Baja Nirkarat Austenitik AISI 304

6
Universitas Sumatera Utara

7

paduan ini merupakan paduan berbasis ferrous dan struktur kristal face centered
cubic (FCC). Umumnya tetap dapat menjaga sifat austenitik pada temperatur ruang,
lebih bersifat ulet dan memiliki ketahanan korosi lebih baik dibandingkan baja
nirkarat feritik dan martensitik.
Komposisi unsur - unsur pemadu ini akan menentukan sifat ketahanan korosi
dan sifat mekaniknya. Kadar khromium tinggi sebagai suatu ferrite stabilizer,
membentuk lapisan film khromium oksida (Cr2 O3) yang protektif jika beroksidasi
dengan oksigen, sehingga meningkatkan ketahanan korosi. Komposisi karbon rendah
untuk meminimalisir sensitasi akibat proses pengelasan. Sifat fisika baja nirkarat
austenitik AISI 304, seperti Tabel 2.1 dan komposisi kimia baja tersebut seperti
Tabel 2.2.
Tabel 2.1. Sifat Fisika Baja Nirkarat AISI 304
Modulus
Elastisitas E (GPa)

Angka
Poisson(n)

Densitas (D)
(Kg/m3)

Panas
Spesifik
(J/Kg.K)

Konduktivitas
(W/mK)

197

0,3

40

500

16,2

Tabel 2.2. Komposisi Kimia Baja Nirkarat AISI 304
Unsur

C

Mn

Si

Cr

Ni

P

S

Mo

N

Dll

Min

-

-

-

18,0

8,0

-

-

-

0,16

-

Max

0,08

2,0

0,75

20,0

10,5

0,045

0,03

0,3

Universitas Sumatera Utara

8

2.2. Perhitungan Tegangan Dengan Metode Elemen Hingga
Komponen kontruksi tiga dimensi C-ring spesimen diberi beban tegangan
dengan cara mengencangkan baut dan mur sampai diameter luar mengalami
pergeseran, diperlihatkan Gambar 2.2.

Gambar 2.2. Komponen Tiga Dimensi C-ring Spesimen
Efek tegangan tarik terhadap ikatan antara atom-atom sebuah logam pada
struktur kristal yang mengalami pelengkungan, distribusi tegangan yang terjadi di
serap secara tidak merata oleh semua ikatan yang bersangkutan. Sebagian ikatan akan
mengalami tekanan lebih besar di banding yang lain sehingga mempunyai potensi
terjadinya pemusatan tegangan.
Secara garis besar hubungan tegangan dan pergeseran diameter luar C-ring
spesimen (∆) adalah selisih diameter sebelum pergeseran (OD) dan sesudah

Universitas Sumatera Utara

9

pergeseran (ODf) akibat pengencangan mur dan baut, didasarkan
kekuatan

dalam

konstruksi

mekanik

perhitungan

untuk daerah elastik (ASTM G 38),

persamaan (2.1).

=

4E



D2

…….………………………….(2.1)

Dimana:

Δ

= OD - ODf = Selisih diameter luar setelah mengalami tegangan (mm).

σapp = Tegangan aplikasi (MPa).
D

= Diameter rata-rata (mm).

t

= Tebal dinding (mm).

E

= Modulus Elastisitas (MPa).

Z

= Faktor koreksi berdasarkan kurva Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Faktor Koreksi Z.

Universitas Sumatera Utara

10

Untuk menganalisa distribusi tegangan yang terjadi digunakan metode elemen
hingga. Dasar dari metode elemen hingga adalah membagi benda kerja menjadi
elemen-elemen kecil yang jumlahnya berhingga sehingga dapat menghitung reaksi
akibat beban pada kondisi batas yang diberikan. Dari elemen - elemen tersebut dapat
disusun persamaan - persamaan matrik yang bisa diselesaikan secara numerik dan
hasilnya menjadi jawaban dari kondisi beban yang diberikan pada benda kerja
tersebut. Dari penyelesaian matematis dengan menghitung inverse matrik akan
diperoleh persamaan dalam bentuk matrik untuk satu elemen dan bentuk matrik total
yang merupakan penggabungan matrik elemen.
Dari rumus dasar perhitungan kekuatan mekanik menunjukan hubungan
antara beban, sifat bahan, geometri dan pergeseran yang ditimbulkan dapat di susun
bentuk umum persamaan dalam elemen dengan persamaan matrik (2.2), dengan
memberikan syarat batas dan pembebanan sebagai berikut:
[ ][ ] = [ ] ……………………………..(2.2)
Dimana:
[K] = matrik kekakuan
[U] = matrik pergeseran
[F] = matrik beban
Berdasarkan bentuk persamaan matrik untuk tiap elemen dapat disusun bentuk
persamaan yang kemudian memberikan hasil tegangan pada setiap titik dan elemen.
Penyelesaian akibat beban dapat juga diselesaikan dengan memberikan syarat batas
dan menyelesaikan persamaan matriknya. Penyelesaian metode elemen hingga untuk

Universitas Sumatera Utara

11

memperoleh hasil akhir berupa nilai dan distribusi tegangan pada seluruh titik elemen
pada komponen. Penyelesaian persamaan dari berbagai macam pembebanan disusun
dari penyelesaian dengan menghitung inverse matrik menggunakan teknik iterasi.

2.3. Korosi Peristiwa Elektrokimia di Alam
Korosi adalah suatu proses kerusakan logam atau material karena berinteraksi
dengan lingkungan yang berlangsung secara kimia atau elektrokimia. Korosi
mengembalikan logam kebentuk asalnya dan berlangsung dengan sendirinya,
sehingga

proses

korosi

tidak

dapat

dicegah

hanya

ada

usaha

untuk

mengendalikannya.
2.3.1. Energi Bebas dan Potensial Listrik.
Bentuk energi sebagai penggerak yang menimbulkan korosi berasal dari
energi kimia, yaitu energi yang tersimpan dalam ikatan-ikatan kimia zat yang disebut
dengan energi dalam sistem. Hanya sebagian saja energi dalam ini yang siap menjadi
energi berguna, misalnya untuk menggerakan motor atau untuk menjadi agen
penghancur yang menimbulkan reaksi korosi. Energi yang tersedia ini disebut energi
bebas.
Suatu reaksi dapat berlangsung dengan sendirinya, harus ada energi bebas
yang di lepas, dalam hal ini energi bebas setiap unsur sebagai G dan perubahan energi
netto dalam suatu reaksi dinyatakan dengan ΔG, maka perubahan G harus negatif
persamaan (2.3), berikut ini:
+ → + ∆

°

= − /

………………(2.3)

Universitas Sumatera Utara

12

Reaksi pada parameter baku ΔGo, temperatur 298 K dan tekanan 1 atm,
untuk menghitung harga ΔG pada setiap temperatur (tidak dalam kesetimbangan)
dapat dilakukan menggunakan persamaan berikut:
∆ = ∆

°

[ ][ ]

+

[ ][ ]

……………………………..(2.4)

Dimana:


°

= Perubahan energi netto baku (- X kJ/mol)
[ ][ ]

= [

][ ]

= Tetapan kesetimbangan

R

= Konstanta gas universal, (8,3143 J mol-1 K-1 )

T

= Temperatur

Ekspresi yang mendefinisikan hubungan potensial listrik dengan energi bebas,
dirumuskan oleh Michael Faraday menyatakan kerja yang dilakukan (perubahan
energi bebas pada proses korosi) fungsi beda potensial dan muatan yang dipindahkan:
∆ =

…………………………………(2.5)

Dimana:
F = 96,494 coulomb/mol (muatan yang pindah oleh satu mol elektron)
E = Potensial pengukuran (Volt)
z = Jumlah elektron yang dipindahkan dalam reaksi korosi.
Jika sistem mencapai suatu titik dimana perubahan energi bebas netto tidak
ada maka sistem dalam keadaan setimbang, ΔG = 0. Pada keadaan baku hubungan ini
menjadi:


°

= −

……………………………. (2.6)

Universitas Sumatera Utara

13

2.3.2. Mekanisme Korosi - Tegangan
Korosi memainkan satu bagian penting dalam mekanisme pemicu
terbentuknya pit permukaan baja nirkarat. Proses korosi pada dasarnya adalah proses
elektrokimia, terjadi apabila terdapat perbedaan potensial listrik dan terbentuk aliran
listrik dengan adanya bagian anodik, katodik dan lingkungan elektrolit pada
permukaan logam.
Bagian anodik dapat berupa kehadiran konsentrasi tegangan bervariasi pada
permukaan baja tersebut, metal yang berada di bawah film lapis oksida yang
terkelupas atau terletak pada batas butir di mana terjadinya ketidak tepatan yang
cukup lebar dari kristal metal grain lattice, atau komposisi metal pada permukaan
yang kurang homogen. Pada bagian ini logam akan ter korosi dengan lingkungan,
atom logam akan kehilangan elektron atau terjadi reaksi oksidasi.
Bagian katodik dapat berupa selapis tipis oksida metal akibat bereaksinya
metal dengan zat asam, atau berupa kotoran - kotoran yang berada pada material.
Pada bagian ini logam yang tidak ter korosi dengan lingkungan, pada atom logam
terjadi penangkapan elektron oleh ion hidrogen (proses reduksi).
Lingkungan

elektrolit

merupakan

larutan

pengantar

listrik

yang

menghubungkan anoda dengan katoda, dapat berupa larutan asam basa yang kontak
dengan logam, air laut atau fluida yang mengandung garam-garaman. Air sebagai
elektrolit konduktivitasnya ditentukan oleh temperatur air, kecepatan alir, komposisi
air (air murni konduktivitas listriknya rendah) dan dengan penambahan kelarutan
garam - garaman di dalam air dapat menaikkan konduktivitas.

Universitas Sumatera Utara

14

Ketika tegangan yang bekerja pada struktur logam dalam suatu lingkungan
korosif menjadi daerah anodik yang dominan. Maka bentuk korosi yang akan
teramati adalah korosi jenis SCC, yaitu suatu kegagalan rapuh yang terjadi akibat
kombinasi secara simultan antara beban tegangan statik dan lingkungan korosif.
Beberapa kombinasi paduan logam dan lingkungan yang menyebabkan resiko
kegagalan, seperti baja lunak diketahui retak di lingkungan nitrat serta kaustik,
sementara paduan-paduan alumunium ternyata retak hanya karena berada di udara
yang lembab dan air laut. Paduan - paduan magnesium juga diketahui rentan terhadap
keretakan di udara lembab.
Meskipun demikian tidak semua kombinasi lingkungan dan material akan
berpengaruh terhadap SCC, seperti baja nirkarat akan retak di lingkungan yang
mengandung ion klorida, tetapi tidak dalam lingkungan ammonia. Sedangkan logam
bras akan retak di lingkungan ammonia, tetapi tidak akan terjadi SCC di lingkungan
yang mengandung ion klorida (M.G. Fontana, 1979).
Lingkungan air laut, di kenal sangat korosif karena mengandung 3,5% garam,
di dalamnya terdiri dari, 55% senyawa klorida, 7,7% senyawa sulfat, 30,6% sodium,
dan lain-lain, dari komposisi tersebut dapat dipastikan bahwa komposisi air laut
tersebut umumnya mengandung ion klorida.
Kasus SCC, terjadi pada penyambung tali temali di perahu, yang terbuat dari
baja nirkarat AISI 304 dalam aplikasinya mengalami tegangan akibat proses
penyambungan tali pada socket dan menahan beban dari tiang perahu. Kontaminasi
garam yang mengandung ion klorida dan pengotor air merembes sepanjang kawat,

Universitas Sumatera Utara

15

memasuki celah sempit sehingga garam berakumulasi, kombinasi tersebut
menyebabkan SCC tak dapat dihindari. Gambar 2.4, memperlihatkan penyambung
tali atau socket mengalami kerusakan akibat SCC.

Gambar 2.4. Kasus SCC Penyambung Tali Temali Pada Perahu.
Kegiatan tegangan tarik terhadap bahan akan menyerang kisi kristal
menyebabkan ketidakteraturan dalam struktur kristal, yang semestinya dalam
kesetimbangan, dan berakibat bangkitnya energi thermodinamika ikatan-ikatan atom,
sehingga potensial anodik pada daerah ini meningkat. Karena tegangan pada metal
yang peka, film oksida di permukaan pecah. Akibatnya terjadilah perbedaan potensial
antar bagian terbuka yang menjadi anodik terhadap bagian yang terlindungi film
oksida. Karena area anodik lebih kecil dibandingkan katodik, sehingga konsentrasi
tegangan mencegah pembentukan film oksida (Cr2O3) di tempat tersebut, dengan
adanya elektrolit ini mempercepat reaksi selanjutnya.
Reaksi korosi pada daerah anoda yaitu reaksi oksidasi atau bagian logam yang
ter korosi (daerah aktif) dengan persamaan reaksi:

Universitas Sumatera Utara

16

Fe 2+

Fe

+

2e- (oksidasi)……………... (2.7)

Zat hydrogen masuk larutan pengantar menjadi daerah katoda yaitu reaksi
reduksi, bagian logam yang tidak ter korosi (daerah pasif) dengan persamaan reaksi:
O2 + 2H2O + 4e-

4OH - (reduksi) ……………(2.8)

Ion-ion klorida dan ion hidroksil ini bereaksi dengan ion-ion besi menjadi:
Fe2+ + 2Cl

FeCl2 (tidak stabil) ……………….(2.9)

FeCl2 + 2H2O

Fe(OH)2 + 2HCl ………………(2.10)

Apabila terdapat oksigen dalam air akan terjadi reaksi:
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O
2Fe(OH)3

4Fe(OH)3 ………………(2.11)

Fe2 O3 + 3H2O ……………………..(2.12)

Elektroda besi yang anodik akan kehilangan massa karena melarutnya ion ion Fe yang tidak stabil, karenanya elektroda besi berkarat dengan ditandai terjadinya
kerusakan pada permukaannya dalam hal ini terbentuknya lubang, Gambar 2.5.

Gambar 2.5. Mekanisme Inisiasi Pit Korosi

Universitas Sumatera Utara

17

Sekali terjadinya pit, konsentrasi tegangan pada lubang menjadi penyebab
pecahnya film oksida di tempat tersebut dan sekaligus mencegah terjadinya film
oksida lebih lanjut, karena itu proses sel korosi berjalan terus. Tegangan
mempercepat pembentukan lubang

yang

akan

berakumulasi

menjadi lebih cepat dan ini bertindak sebagai takik dan menyebabkan terjadinya
pemusatan tegangan yang mendukung terjadinya SCC.
2.3.3. Polarisasi Elektrokimia
Suatu logam atau elektroda tidak berada dalam keseimbangan larutan
elektrolit yang mengandung ionnya atau terjadi perubahan potensial selama proses
elektrolisis, dimana potensial anoda menjadi lebih nobel dan katoda menjadi lebih
aktif ini disebut polarisasi.
Terdapat dua jenis proses polarisasi, yaitu polarisasi aktivasi dan polarisasi
konsentrasi. Polarisasi aktivasi adalah polarisasi yang dikendalikan oleh energi bebas
atau tenaga penggerak potensial ada dipermukaan elektroda itu sendiri. Polarisasi
konsentrasi adalah polarisasi yang dikendalikan sebagai akibat dari perubahan
konsentrasi di dalam larutan di dekat permukaan metal. Polarisasi merupakan
parameter penting untuk membuat pernyataan - pernyataan tentang laju proses korosi.
Kelakuan korosi bahan pada suatu sampel logam, ditentukan dengan
mengaplikasikan potensial elektrokimia melalui pengukuran polarisasi dari kaitan
antara arus dengan potensial di bawah kondisi terkontrol. Perangkat laboratorium
untuk penelitian kuantitatif terhadap sifat-sifat korosi bahan digunakan sel tiga
elektroda, yaitu suatu perangkat sel korosi basah yang telah baku.

Universitas Sumatera Utara

18

Komponen ini terdiri dari beberapa peralatan seperti, elektroda kerja atau
elektroda yang sedang di teliti, adalah medium penghantar dapat menjadi antar muka
antar arus elektron dalam kawat rangkaian listrik dan arus ionik dalam larutan.
Penggunaan istilah elektroda sebagai ganti dari anoda, karena tidak terbatas pada
perilaku yang bersangkutan dengan anoda, juga akan menyelidiki perilaku katoda,
skematik peralatan seperti Gambar 2.6.

Gambar 2.6. Komponen Sel Elektrokimia Tiga Elektroda
Elektroda acuan, dimaksudkan sebagai titik dasar yang tepat mengacu pada
pengukuran-pengukuran potensial elektroda kerja. Arus yang mengalir dalam
elektroda ini harus sekecil-kecilnya sehingga dapat diabaikan. Bila tidak demikian
elektroda ini akan ikut dalam reaksi sel dan potensialnya tidak lagi konstan.
Pipa berisi elektrolit yang menghubungkan antara elektroda acuan dan
elektroda uji disebut jembatan garam, gunanya untuk menyediakan lintasan ber
kehantaran tinggi dari permukaan elektroda kerja ke elektroda acuan, sebuah kaca
pipa kapiler dengan ujung sangat lancip yang harus ditempatkan pada permukaan

Universitas Sumatera Utara

19

logam. Pipa kapiler ini menghubungkan bejana reaksi dengan sebuah bejana lain
tempat elektroda kalomel jenuh (SCE) yang terpasang dan terisi dengan larutan
kalium klorida jenuh bentuk gel.
Elektroda pembantu dimaksudkan khusus untuk mengangkut arus dalam
rangkaian yang terbentuk dalam penelitian, elektroda ini tidak diperlukan untuk
pengukuran potensial. Bahan yang digunakan tidak menimbulkan kontaminasi ionion ke dalam elektrolit seperti Platina.
Untuk mengoperasikan peralatan, mengalirkan respon arus sebagai fungsi dari
potensial terapan. Data hasil pengukuran ini disusun dalam suatu tabel yang memuat
harga -harga potensial yang diberikan (volt) dan kerapatan arus (amper per centimeter
persegi), kemudian di plot dalam bentuk grafik yang menghasilkan konfigurasi kurva
polarisasi Tafel, Gambar 2.7.

Gambar 2.7. Skema Empat Kurva Polarisasi Ekstrapolasi Tafel

Universitas Sumat

Dokumen yang terkait

Dokumen baru