PELAPISAN ALUMINIUM DENGAN PROSES ANODISASI MULTIWARNA UNTUK APLIKASI KOMPONEN DEKORATIF SECARA PRAKTIS

  POLITEKNOLOGI VOL. 11 NO. 3, SEPTEMBER 2012

  

PELAPISAN ALUMINIUM DENGAN PROSES

ANODISASI MULTIWARNA UNTUK APLIKASI

KOMPONEN DEKORATIF SECARA PRAKTIS

  

1

  2 ₁ Dewin Purnama , Vika Rizkia

Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Jakarta,Kampus Baru UI Depok 164

₂ Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Jakarta,Kampus Baru UI Depok 16424

  

Abstract

Anodizing of aluminum is an environmental friendly process and can be done with a relatively

low cost, but the resulting product has a good surface appearance and a protective oxide layer.

The purpose of this research is to produce alumina oxide layer in accordance with the criteria

and the protective layer can be applied to coloring in the process further and to determine the

effect of changes in temperature and voltage to the aluminum oxide layer formation and pore

formation for dyeing in a solution of phosphoric acid (H ^{3 PO 4 ). Preparation of porous anodic}

alumina layer is done through anodizing process with a set of processes and variables such as

type and composition of electrolyte, voltage and current density, temperature process in order

to obtain honeycomb structures with pore sizes in the scale of micrometers or nanometers. As

an innovation, the process followed by a staining using inorganic dyeing with multicolored

technique. Expectations from this research were obtained decorative aluminum coating method

that can be applied practically. The results showed that the increasing dip temperature and the

applied voltage will reduce the thickness of the oxide layer formed and then the higher the

temperature applied to the anodizing process will result in larger pore sizes are formed on the

oxide layer and the resulting pore size affects the intensity of color that occurs Keywords :Anodizing, Aluminum Oxide, Pore Diameter, Thickness

  

Abstrak

Proses anodisasi aluminium merupakan proses yang ramah lingkungan dan dapat dilakukan

dengan biaya yang relatif murah, namun produk yang dihasilkan mempunyai penampilan

permukaan cukup baik serta memiliki lapisan oksida yang protektif. Tujuan penelitian ini

adalah untuk menghasilkan produk lapisan oksida alumina yang sesuai dengan kriteria lapisan

protektif dan dapat diaplikasikan untuk pewarnaan dalam proses lebih lanjut serta untuk

mengetahui pengaruh perubahan temperatur dan tegangan terhadap pembentukan lapisan

aluminum oxide dan pembentukan pori untuk pewarnaan hasil proses anodisasi dalam larutan

asam fosfat (H ^{3 PO 4 ). Pembuatan lapisan anodic porous alumina dilakukan melalui proses}

anodisasi dengan mengatur proses dan variable seperti jenis dan komposisi elektrolit, tegangan

dan rapat arus, temperatur proses agar didapat struktur honeycomb dengan ukuran pori yang

berskala mikrometer atau nanometer. Sebagai inovasi, proses dilanjutkan dengan pewarnaan

menggunakan inorganic dyeing dengan teknik multiwarna. Diharapkan dari penelitian ini

diperoleh metode pelapisan aluminium dekoratif yang dapat diterapkan secara praktis. Hasil

penelitian menunjukan bahwa semakin meningkatnya temperatur celup dan tegangan yang

diberikan akan menurunkan ketebalan lapisan oksida yang terbentuk. Kemudian semakin tinggi

temperatur yang diaplikasikan pada proses anodisasi akan mengakibatkan ukuran pori yang

semakin besar yang terbentuk pada lapisan oksida dan ukuran pori yang dihasilkan

mempengaruhi intensitas warna yang terjadi. Kata kunci : Anodisasi, Aluminium Oksida, Diameter Pori, Tebal Lapisan

  

Dewin Purnama, Pelapisan Aluminium Dengan Proses Anodisasi ……………..

  Tujuan Penelitian

  4 Tinjauan Pustaka

  3 PO

  ).

  perubahan temperatur dan tegangan terhadap pembentukan pori untuk pewarnaan hasil proses anodisasi dalam larutan asam fosfat (H

  4 Mengetahui pengaruh variabel

  3 PO

  Menghasikan produk lapisan oksida alumina yang sesuai dengan kriteria lapisan protektif dan dapat diaplikasikan untuk pewarnaan dalam proses lebih lanjut. Mengetahui pengaruh variabel perubahan temperatur dan tegangan terhadap pembentukan lapisan aluminum oxide hasil anodisasi dalam larutan asam fosfat (H

  dengan mengatur proses dan variable seperti jenis dan komposisi elektrolit, tegangan dan rapat arus, temperatur proses agar didapat struktur honeycomb dengan ukuran pori yang berskala mikrometer atau nanometer. Sebagai inovasi dilanjutkan dengan pewarnaan menggunakan inorganic dyeing dengan teknik multiwarna. Diharapkan dari penelitian ini diperoleh metode pelapisan aluminium dekoratif yang dapat diterapkan secara praktis.

  208 I.

  alumina melalui proses anodisasi

  Dalam penelitian ini akan dilakukan pembuatan lapisan anodic porous

  dengan melibatkan oksidasi anodik sehingga didapatkan lapisan alumina yang porous (berpori), baik dalam skala mikro maupun nano (Y.Li et all, 2004). Karakteristik pori dari alumina ini memberikan kemudahan dalam pewarnaan, dan mampu bersaing dengan metode cat konvensional. Hingga saat ini sudah banyak terobosan dalam teknik pewarnaan aluminium, salah satunya adalah inorganic dyeing. Teknologi anodisasi yang menggunakan prinsip elektrokimia, merupakan sektor yang sederhana dan inovatif. (N. Itoh et all, 1998).

  anodic porous alumina terbentuk

  yaitu keteraturan strukturnya yang terbentuk (Patermarakis G et all, 1993). Dengan prinsip elektrokimia dan memanfaatkan sifat aluminium yang memiliki afinitas kimia terhadap oksigen yang tinggi, oksida aluminium

  porous alumina) memiliki sifat khas

  Sejak setengah abad yang lalu, pengembangan teknologi dalam proses finishing aluminium telah berkembang sangat pesat. Salah satu metode yang sangat lazim digunakan dalam proses manufaktur yaitu anodisasi (anodizing), karena mampu memberikan lapisan protektif dan perbaikan penampilan permukaan melalui pewarnaan, serta dapat mengubah permukaan aluminium menjadi alumunium oksida yang sangat keras, tahan lama, dan tahan korosi (J.R. davis et all, 1993). Lapisan oksida aluminium (anodic

   PENDAHULUAN Latar Belakang

  ) Anodisasi adalah proses elektrokimia ramah lingkungan yang mengubah permukaan logam aluminium menjadi aluminium oksida berpori. Dimana l Pada proses anodisasi aluminium, logam aluminium digunakan sebagai anoda dengan cara menyambungkan logam aluminium tersebut dengan terminal positif sumber arus DC. Sedangkan katoda (material yang tidak bereaksi pada larutan anodisasi) disambungkan dengan terminal negatif sumber arus. Ketika sirkuit tertutup, elektron diambil dari logam pada terminal positif, menyebabkan ion-ion pada permukaan logam bereaksi dengan air membentuk lapisan oksida pada permukaan logam. Elektron kembali menuju bath pada katoda dimana apisan oksida yang dihasilkan akan meningkatkan sifat ketahanan korosi dari aluminium tersebut karena lapisan ini berfungsi sebagai lapisan protektif yang menghalangi oksigen untuk bereaksi lebih lanjut dengan aluminium. POLITEKNOLOGI VOL. 11 NO. 3, SEPTEMBER 2012 mereka bereaksi dengan ion hidrogen membentuk gas hidrogen. Keunggulan dari proses ini adalah menciptakan produk akhir yang tahan lama dan tahan cuaca dengan biaya perawatan rendah. Proses anodisasi dengan warna dapat dikategorikan menjadi 6 metode, tergantung dari bahan warna yang

  Gambar. 1 Beberapa parameter yang digunakan yaitu: mempengaruhi diameter pori

  (Aluminium Handbook 2, 2003) a. Surface coating, menggunakan asam kromat dengan organic polymer

  II. METODE PENELITIAN

  sebagai zat warna Pelat Aluminum berukuran 3 mm x 100 mm yang telah dilakukan proses b.

  Integral coloring, menggunakan pengamplasan hingga grit 1200 , asam organik tanpa pewarnaan direndam kedalam larutan Acetone khusus selama 5 detik. Selanjutnya dibilas c.

  Organic dyeing, menggunakan asam dengan air yang mengalir dan di rendam kromat dengan pewarnaan organic dalam larutan ethanol 95 %, kemudian dikeringkan hair dyer selama 3 menit d. Inorganic dyeing, menggunakan untuk selanjutnya dilakukan proses asam kromat dengan pewarnaan isolasi. Percobaan anodisasi pada inorganik (garam warna) penelitian ini dilakukan dengan tahapan e.

  Electrolytic coloring, menggunakan sebagai berikut : asam kromat dengan pewarnaan 1. secara elektrolitik Menyiapkan larutan asam fosfat

  (H PO ) 0,2 M sebanyak 500 ml

  3

  4 f.

  Kombinasi elektrolitik dengan 2. dyeing, menggunakan asam kromat Menyusun rangkaian sel elektrokimia dengan dengan kombinasi pewarnaan menghubungkan kutub positif dari

  Adapun beberapa faktor yang power supply DC ke anoda mempengaruhi pembentukan lapisan aluminium dan menghubungkan oksida aluminum, yaitu : kutub negatif power supply DC ke a. katoda logam timbal. Menyiapkan

  Konsentrasi larutan elektrolit kondisi temperatur larutan yaitu 10, b.

  Waktu Anodisasi o 40, 70

  C. Sampel di-anodisasi pada c. Jenis dan Konsentrasi Larutan tegangan 10, 20, 30, 40, 50 Volt

  Elektrolit dengan kecepatan magnetic stirrer sebesar 500 rpm selama 30 menit d. Tegangan lalu sampel dibilas dengan aquades e.

  Rapat Arus dan dikeringkan menggunakan hair

  dryer .

  f.

  Temperatur Selanjutnya dilakukan proses pewarnaan dengan menggunakan dye dengan garam warna yang dilarutkan dengan air. Sampel hasil anodisasi dicelup ke dalam wadah garam selama

  

Dewin Purnama, Pelapisan Aluminium Dengan Proses Anodisasi ……………..

  C dengan tegangan 10, 20, 30, 40, dan 50 V menghasilkan satu lapisan oksida pada permukaan substrat aluminium. Lapisan oksida tersebut terlihat lebih gelap dibandingkan dengan substrat aluminium. Lapisan oksida tersebut merupakan Al

  Selanjutnya dilakukan penghitungan ketebalan lapisan oksida tersebut untuk mengetahui pengaruh temperatur dan tegangan terhadap ketebalan lapisan oksida yang terbentuk hasil anodisasi.

  Gambar. 4 Foto mikro hasil pengujian Scanning Electron Microscope dengan perbesaran 300X. Terbentuk lapisan oksida pada permukaan substrat aluminium

  2 O 3 pada permukaan substrat aluminium.

  yang terbentuk saat arus dialirkan melalui larutan elektrolit asam fosfat. Ketika pelat aluminium dijadikan anoda, ion-ion oksigen bermuatan negatif bermigrasi ke pelat aluminium dan membentuk lapisan oksida Al

  3

  2 O

  Pengaruh Temperatur Celup Dan Tegangan Terhadap Ketebalan Lapisan Oksida Yang Terbentuk o

  210 5-15 menit kemudian dibilas dan dikeringkan.

  dengan cara mencelupkan pelat aluminium ke dalam larutan elektrolit asam fosfat 0,2 M selama 30 menit pada temperatur 10, 40, dan 70

  microscope (SEM), percobaan anodisasi

  Berdasarkan hasil pengamatan menggunakan Scanning electron

  Gambar. 3 Contoh kondisi sampel pelat aluminium sebelum dan sesudah dilakukan anodisasi

  Pengamatan visual ini bertujuan untuk melihat kecenderungan perubahan sampel secara fisik. Hasil pengamatan visual pada penelitian ini adalah terdapat perubahan warna pada permukaan sampel aluminium pada bagian yang telah dianodisasi, yaitu cenderung lebih gelap dan buram dibandingkan dengan sampel aluminium sebelum anodisasi (Gambar.3). Hal ini menunjukkan bahwa permukaan sampel aluminium hasil anodisasi telah mengalami reaksi kimia dengan larutan elektrolit asam fosfat. (H

  Gambar. 2 Rangkaian sel anodisasi penelitian

  Pengujian yang dilakukan adalah Pengujian Karakterisasi Ketebalan Lapisan dan Pengujian Karakterisasi Ukuran Pori dengan menggunakan alat SEM (scanning electron microscope).

III. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

3 PO 4 ).

  POLITEKNOLOGI VOL. 11 NO. 3, SEPTEMBER 2012 Secara umum, Gambar 5 dan 6 memperlihatkan trend yang sama dan konsisten yaitu semakin meningkatnya temperatur celup dan tegangan yang diberikan akan menurunkan ketebalan lapisan oksida yang terbentuk. Hal ini terjadi karena peningkatan temperatur dan tegangan akan meningkatkan driving force untuk terjadinya pelarutan lapisan oksida, yaitu meningkatkan kemampuan larutan elektrolit untuk melarutkan lapisan oksida.

  Pengaruh Temperatur Celup Dan Tegangan Terhadap Hasil Pewarnaan

  intensitas warna tergantung pada jumlah zat warna yang mengendap pada lapisan anodic. Mekanisme penyerapan

  Alumnium pada tahun 1994, bahwa

  C, intensitas warna yang jelas hanya terjadi pada tegangan 40 V dan 50 V, dimana deposit warna lebih banyak terjadi pada tegangan 50 V jika dibandingkan dengan 40 V. Menurut Jose. L. Gazapo dalam tulisannya tentang Anodizing of

  o

  50 V dimana deposit warna terjadi lebih banyak seiring dengan kenaikan tegangan. Namun pada temperatur 70

  C, intensitas warna merah pada alumnium terlihat jelas pada tegangan 30 V sampai

  o

  C tidak terjadi perubahan warna, aluminium hasil anodisasi hanya tampak lebih gelap pada tegangan 40 V dan 50 V, sedangkan pada temperatur 40

  o

  pencelupan warna setelah anodisasi untuk tegangan 10 V – 50 V pada temperatur 10

  Hasil

  Berdasarkan hasil penelitian, secara umum pada temperatur 10

  Sehingga berdasarkan hasil penelitian, semakin tinggi temperatur yang diaplikasikan pada proses anodisasi akan mengakibatkan ukuran pori yang semakin besar yang terbentuk pada lapisan oksida. Hal ini disebabkan karena peningkatan temperatur akan meningkatkan kemampuan larutan elektrolit untuk menyerang (chemical attack) lapisan oksida untuk membentuk pori yang lebih lebar pada permukaan dibandingkan di bagian dalam lapisan oksida.

  o C.

  10 V dan 20 V, namun secara umum pori yang terbentuk pada tegangan tersebut lebih besar dibandingkan pori yang terbentuk pada temperatur 40

  C, pori hanya terbentuk pada tegangan aplikasi

  o

  Selanjutnya pada temperatur 70

  C terlihat pori mulai terbentuk dimana memperlihatkan bahwa semakin tinggi tegangan yang diberikan, pori yang terbentuk akan semakin besar.

  2 O 3 . Kemudian pada temperatur 40 o

  C, untuk semua tegangan yang diberikan cenderung tidak memperlihatkan terbentuknya pori pada lapisan oksida Al

  Pengaruh Temperatur Celup Dan Tegangan Terhadap Ukuran Pori Pada Lapisan Oksida Yang Terbentuk o

  inorganic dyeing diproduksi di bagian Gambar. 6 Pengaruh temperatur terhadap ketebalan lapisan oksida Gambar. 5 Pengaruh tegangan terhadap ketebalan lapisan oksida

  Dewin Purnama, Pelapisan Aluminium Dengan Proses Anodisasi ……………..

  o

  Intensitas warna proses anodisasi tergantung dari ukuran pori yang terbentuk, makin besar diameter pori yang terbentuk maka jumlah zat warna yang terdeposit juga makin banyak. Kondisi optimum pewarnaan terjadi pada temperatur 40

  o V.

  C dan tegangan 40 V dan 50 V [1]

  C. Berdasarkan hasil penelitian, kondisi warna yang optimum terjadi pada pengaruh temperatur 40

  o

  50

  C diameter pori tidak terlalu besar namun jumlah pori yang terjadi lebih banyak jika dibandingkan dengan temperatur

  C, hal ini di sebabkan pada temperatur 40

  celup dan tegangan yang diberikan akan menurunkan ketebalan lapisan oksida yang terbentuk. Hal ini terjadi karena peningkatan temperatur dan tegangan akan meningkatkan driving force untuk terjadinya pelarutan lapisan oksida, yaitu meningkatkan kemampuan larutan elektrolit untuk melarutkan lapisan oksida. yang berbatasan dengan substrat aluminium yang terlihat lebih gelap dibandingkan dengan substrat aluminium.

  o

  C intensitas warna nampak lebih jelas dibandingkan dengan temperatur 50

  o

  C, pada temperatur 40

  o

  C dengan 50

  o

  Temperatur sangat berpengaruh terhadap diameter pori. Peningkatan temperatur akan memperbesar diameter pori, terutama di daerah dekat permukaan (Zhao dan Nai-Qin, 2007). Namun hasil penelitian menunjukkan perbedaan intensitas warna pada temperatur 40 Ukuran pori yang terjadi akibat pengaruh temperatur dan tegangan dalam proses anodisasi memberikan kontribusi yang besar terhadap pengendapan zat warna. Makin besar diameter pori yang terbentuk maka makin banyak deposit zat warna yang terbentuk.

  Semakin tinggi temperatur yang diaplikasikan pada proses anodisasi akan mengakibatkan ukuran pori yang semakin besar yang terbentuk pada lapisan oksida. Hal ini disebabkan karena peningkatan temperatur akan meningkatkan kemampuan larutan elektrolit untuk menyerang (chemical attack) lapisan oksida untuk membentuk pori yang lebih lebar pada permukaan dibandingkan di bagian dalam lapisan oksida.

DAFTAR PUSTAKA

  2 O

  European Aluminium Association, 1994

  (1993), Study on the kinetics of

  [5] Patermarakis G; Papandreadis N

  Mater . 20 (1998) 333

  Hongo, Microporous Mesoporous

  Handbook, 1993 [4] N. Itoh, N. Tomura, T. Tsujj, M.

  Aluminum Alloys, ASM Specialty

  [3] J.R. Davis et all, Aluminum and

  of Aluminium , Talat Lecture 5203,

  3 Semakin meningkatnya temperatur

  Jose L. Gazapo, J. Gea, Anodizing

  Aluminium-Verlag Marketing & Kommunikation GmbH. Germany.2003. [2]

  Aluminium Handbook 2. “Forming, Casting, Surface Treatment, Recycling and Ecology”.

  o IV.

   KESIMPULAN

  C dan tegangan 40 V dan 50 V. Sampel aluminium pada bagian yang telah dianodisasi cenderung lebih gelap dan buram dibandingkan dengan sampel aluminium sebelum anodisasi, hal ini menunjukkan bahwa permukaan sampel aluminium hasil anodisasi telah mengalami reaksi kimia dengan larutan elektrolit asam fosfat (H

  3 PO

  212 atas anodic film, dimana warna yang di hasilkan akibat adanya endapan garam warna pada lapisan oksidasi. Makin banyak jumlah zat warna yang mengendap maka makin tinggi intensitas warnanya.

  4 Terbentuk satu lapisan oksida Al ).

  POLITEKNOLOGI VOL. 11 NO. 3, SEPTEMBER 2012 growth of porous anodic Al

2 O

  3

  [6] Y. Li, Y. Kanamori, K. Hane, A new

  method for fabrication nano-porous aluminum grating array ,

  film on Al metal Electrochim, Acta 38:2351-2355

  Microsystem Technologies 10 (2004) 272

  [7] Zhao, Nai-Qin, "Effects of

  Anodizing Conditions on Anodic Alumina Structure," J Mater Sci (42) 2007: 3878–3882.

  Dewin Purnama, Pelapisan Aluminium Dengan Proses Anodisasi ……………..

  214