LAJU KOROSI BAJA TERELEKTROPLATING DI LINGKUNGAN AIR LAUT TUGAS AKHIR - Laju korosi baja terelektroplating di lingkungan air laut - USD Repository

LAJU KOROSI BAJA TERELEKTROPLATING DI LINGKUNGAN AIR LAUT TUGAS AKHIR

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Jurusan Teknik Mesin Disusun Oleh:

  KRISTOFHORUS KURO UMANG NIM : 045214065 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

LAJU KOROSI BAJA TERELEKTROPLATING DI LINGKUNGAN AIR LAUT TUGAS AKHIR

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Jurusan Teknik Mesin Disusun Oleh:

  KRISTOFHORUS KURO UMANG NIM : 045214065 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

CORROSION RATE OF STEEL ELECTROPLATING

  IN SEA WATER ENVIRONMENT FINAL PROJECT Presented as Partial fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree In Mechanical Engineering By : KRISTOFHORUS KURO UMANG Student Number : 045214065 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

  

INTISARI

LAJU KOROSI BAJA TERELEKTROPLATING

DI LINGKUNGAN AIR LAUT

  Tujuan penelitian adalah untuk mengetahui pengaruh lingkungan air laut terhadap sifat fisis dan mekanis baja karbon rendah terelektroplating seng dengan pengujian: kekuatan tarik baja karbon rendah terelektoplating seng, pengamatan struktur makro baja karbon rendah terelektroplating seng, pengamatan struktur mikro baja karbon rendah terelektroplating seng, dan penurunan berat baja karbon rendah terelektroplating seng.

  Penelitian dilakukan di Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Obyek penelitian sebanyak 27 benda uji, terdiri dari: 3 benda uji awal, 12 benda uji baja karbon rendah terelektroplating seng, dan 12 benda uji baja karbon rendah tanpa terelektroplating. 24 benda uji tersebut direndam air laut. Total waktu perendaman benda uji adalah 40 hari, setiap 10 hari dilakukan pengambilan data.

  Hasil penelitian menunjukkan bahwa baja karbon rendah terelektroplating seng lebih tahan korosi dibandingkan dengan baja karbon rendah tanpa elektroplating. Hal ini dapat dibuktikan dari hasil penelitian selama 40 hari yaitu: ₂ terjadi penurunan kekuatan tarik rata-rata 2,17 kg/mm atau 0,049% pada baja ₂ karbon rendah terelektroplating seng dan 4,83 kg/mm atau 0,11% pada baja karbon rendah tanpa terelektroplating. Pada pengamatan struktur makro, terjadi korosi baik baja karbon rendah terelektroplating seng maupun baja karbon rendah tanpa terelektropkating. Pada pengamatan struktur mikro, kedalaman korosi baja karbon rendah terelektroplating seng 0,0021 mm, untuk baja karbon rendah tanpa terelektroplating 0,0052 mm. Penurunan berat benda uji baja terelektroplating seng 0,41 gr (0,001%), untuk baja tanpa terelektroplating sebesar 1,84 gr (0,0057%).

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis haturkan kepada Allah, Bapa, Putra dan Roh kudus yang telah melimpahkan rahmat-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

  Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi bagi mahasiswa Teknik Mesin sebelum dinyatakan lulus sebagai Sarjana Teknik.

  Pelaksanaan dan penulisan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, baik berupa materi, bimbingan, kerja sama serta dukungan moril. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih sebanyak-banyaknya kepada :

  1. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

  3. Wibowo Kusbandono, S.T., M.T., Dosen pembimbing akademik..

  4. Budi Setyahandana, S.T., M.T., Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

  5. Seluruh dosen dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

  6. Martono Dwiyaning Nugroho, Ag. Ronny Widaryawan, Intan Widanarko, Leo Bardus Wardoyo dan semua Laboran yang lain.

  7. Kepada Papa, Mama, adik, kakak saya yang tercinta, terimakasih atas dukungan moral, finansial, doa dan motivasi yang tiada henti hingga tugas akhir ini dapat selesai.

  8. Saudara, saudari anggota organisasi ”TEKSAPALA”, teman-teman di Universitas Sanata Dharma, khususnya Ronal Yawand, teman-teman satu kos, Andi Suwung, Agus beserta istri, Suroso beserta istri, Bambang, Maria, Anang, Lia, Andri, Aten Lakapu, Jek, Bapak kos, Ibu kos, dll.

  9. Rekan-rekan dan semua pihak yang membantu dalam penulisan tugas akhir ini.

  Yogyakarta, Oktober 2011 Penulis

  

DAFTAR ISI

  LEMBAR JUDUL ............................................................................................ i LEMBAR JUDUL BAHASA INGGRIS ......................................................... ii LEMBAR PERSETUJUAN DOSEN PEMBIMBING .................................... iii LEMBAR PENGESAHAN DOSEN PENGUJI DAN DEKAN ..................... iv LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ......................................... v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

  ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ......................................... vi

  INTISARI ......................................................................................................... vii KATA PENGANTAR ...................................................................................... viii DAFTAR ISI .................................................................................................... x DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xiii DAFTAR TABEL ............................................................................................ xv

  

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ 1

  1.1 Latar Belakang Penelitian ......................................................... 1

  1.2 Tujuan Penelitian ...................................................................... 2 1.3 Batasan Penelitian ....................................................................

  2 BAB II DASAR TEORI ............................................................................... 4

  2.1 Baja Karbon .............................................................................. 5

  2.2 Produksi Bijih Besi ................................................................... 6

  2.2.1 Proses Pemurnian Bijih Besi............................................7

  2.2.3 Proses Pengolahan Baja ................................................ 9

  2.3 Elektroplating ........................................................................... 14

  2.3.1 Prinsip kerja Elektroplating .......................................... 16

  2.3.2 Efisiensi Plating ............................................................ 18

  2.3.3 Faktor-faktor Yang Berpengaruh Pada Plating ............. 19

  2.4 Pelapisan Seng .......................................................................... 26

  2.4.1 Kegunaan Dan Sifat-sifat Seng ..................................... 26

  2.4.2 Peralatan Pelapisan Seng .............................................. 29

  2.4.3 Komposisi Dan Kondisi Operasi .................................. 29

  2.4.4 Fungsi Komponen Utama ............................................. 32

  2.4.5 Permasalahan Dan Pemecahannya ................................ 33

  2.5 Korosi ........................................................................................ 36

  2.5.1 Macam-macam Korosi Yang Disebabkan Oleh Air Laut ............................................................................... 37

  2.5.2 Laju Korosi ................................................................... 37

  

BAB III METODE PENELITIAN ………………………………………… 39

  3.1 Skema Penelitian …………………………………………….. 39

  3.2 Bahan Dan Peralatan ................................................................. 40

  3.3 Pembuatan Benda Uji ............................................................... 41

  3.3.1 Uji Tarik ........................................................................ 41

  3.3.2 Pengamatan Struktur Mikro .......................................... 42

  3.3.3 Pengamatan Struktur Makro ......................................... 43

  3.4 Bahan Dan Pengujian ............................................................... 43

  3.4.1 Uji Tarik ....................................................................... 43

  3.4.2 Pengamatan Struktur Mikro .......................................... 44

  3.4.3 Pengamatan Makro ....................................................... 45

  3.4.4 Uji Berat ........................................................................ 45

  

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .............................. 46

  4.1 Hasil Uji Komposisi ................................................................. 46

  4.2 Pengujian Tarik ......................................................................... 46

  4.3 Pengujian Struktur Mikro ......................................................... 53

  4.4 Uji Berat .................................................................................... 54

  4.5 Pengamatan Struktur Makro ..................................................... 56

  

BAB V PENUTUP ........................................................................................ 58

  5.1 Kesimpulan ............................................................................... 58

  5.2 Saran ......................................................................................... 59

  

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 60

LAMPIRAN

  Lampiran : Hasil Uji Komposisi kimia Lampiran : Gambar Mesin Uji dan Alat Lampiran : Gambar Pengamatan Struktur Mikro Lampiran : Gambar Pengamatan Struktur Makro

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Proses Bijih Besi Sebelum Dimasukkan Kedalam

  Dapur/Konverter .......................................................................... 8

Gambar 2.2 Konstruksi Dapur Tinggi ............................................................. 10Gambar 2.3 Diagram Alir Proses Dapur Tinggi .............................................. 11Gambar 2.4 Dapur Tinggi ................................................................................ 12Gambar 2.5 Diagram Alir Pembuatan Baja Dengan Menggunakan

  Konverter ..................................................................................... 12

Gambar 2.6 Proses Pembuatan Baja Setelah Melalui konverter ..................... 13Gambar 2.7 Proses Elektroplating ................................................................... 16Gambar 3.1 Benda Uji Tarik ( spesimen ) ....................................................... 41gambar 3.2 Standarisasi Dimensi Plat ASTM A370 ..................................... 42Gambar 4.1 Grafik Kekuatan Tarik Rata–rata Benda Uji Terelektroplating

  Seng ............................................................................................. 48

Gambar 4.2 Grafik Regangan Rata–rata Benda Uji Terelektroplating

  Seng ……………………………………………………………. 48

Gambar 4.3 Grafik Kekuatan Tarik Rata–rata Benda Uji Tanpa

  Terelektroplating ………………………………………………. 50

Gambar 4.4 Grafik Regangan Rata – rata Benda Uji Tanpa

  Terelektroplating ……………………………………………….. 50

Gambar 4.5 Grafik Kekuatan Tarik Rata–rata Benda Uji …………………... 51Gambar 4.7 Benda Uji 3 ( kontak air laut 30 hari ) Tanpa Perlakuan

  Elektroplating .............................................................................. 53

Gambar 4.8 Benda Uji (kontak air laut 10 hari) Tanpa Perlakuan

  Elektroplating .............................................................................. 56

Gambar 4.9 Benda Uji (kontak air laut 10 hari) Dengan Perlakuan

  Elektroplating Seng ...................................................................... 57

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Perbandingan Kekuatan .................................................................. 6Tabel 2.2 Komposisi Dan Kondisi Operasi Plating Seng Sianida Tinggi ...... 30Tabel 2.3 Komposisi Dan Kondisi Operasi Plating Seng (lanjut) .................. 31Tabel 4.1 Benda Uji Hasil Fabrikasi (tanpa elekroplating) ............................ 47Tabel 4.2 Benda Uji Kontak Air Laut Selama 10 s/d 40 Hari

  Terelektroplating Seng .................................................................... 47

Tabel 4.3 Benda Uji Kontak Air Laut Selama 10 s/d 40 Hari Tanpa

  Elektroplating ................................................................................. 49 Tabel 4.4 Kedalaman Korosi …………………………………....................

  53 Tabel 4.5 Berat Benda Uji Tanpa Perlakuan Elektroplating .......................... 54

Tabel 4.6 Berat Benda Uji Dengan Perlakuan Elektroplating seng ................ 55Tabel 4.7 Penurunan berat benda uji .............................................................. 55

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Penelitian

  Menurut data, sebagian besar permukaan bumi merupakan perairan khususnya laut. Berbagai macam bentuk penelitian menjadi semakin luas tidak hanya di dataran, tetapi juga berkembang di perairan (laut) bahkan ditempatkan jauh dari daratan yang mempunyai fungsi beragam (Trethewey K.R, 1991).

  Adapun beberapa fungsi kemajuan teknologi yang diletakkan di perairan (khususnya laut) diantaranya adalah: alat pendeteksi gempa, kilang minyak, bahkan yang tidak ketinggalan dan dikembangkan saat ini adalah alat penghasil energi alternatif. Kesemuanya itu tentu harus didukung dengan berbagai macam aspek penelitian, salah satunya adalah pengetahuan bahan yang dapat dipahami sebagai cara mendisain dan merekayasa struktur material secara optimal melalui proses yang sesuai untuk menghasilkan sifat-sifat optimal yang diperlukan untuk aplikasi tertentu khususnya kontak dengan air laut.

  Pengetahuan bahan juga dapat dipahami sebagai pengetahuan yang diperlukan untuk memilih dan memanfaatkan bahan secara optimal untuk menghasilkan disain struktur atau komponen yang aman dan efisien dengan biaya yang rendah. Atas dasar dari pengetian pengetahuan bahan tersebut, maka penulis memilih bahan baja karbon rendah dengan perlakuan elektroplating. Seperti kita tahu sifat-sifat baja karbon rendah selain mudah didisain (dibentuk), harga murah, juga banyak diproduksi sehingga untuk mencari baja tersebut tidak mengalami kesulitan. Untuk mengurangi laju korosi akibat kontak dengan air laut (karena korosi tetap akan terjadi, sehingga kita hanya dapat mengurangi laju korosi), penulis memilih perlakuan elektroplating dengan bahan pelapis seng, ini juga tidak terlepas dari minimnya biaya yang penulis keluarkan untuk mendukung penelitian (Tata Surdia dan Saito Shinroku, 1999).

  1.2. Tujuan Penelitian

  Penelitian ini bertujuan mengetahui pengaruh laju korosi yang ditimbulkan oleh air laut terhadap sifat fisis dan mekanis pada baja yang dilapisi seng dengan cara elektroplating, yaitu uji:

  a) Kekuatan tarik

  b) Pengamatan Struktur Mikro

  c) Pengamatan Struktur Makro

  d) Uji Berat

  1.3. Batasan Penelitian

  Dalam penelitian ini diberikan batasan-batasan masalah agar dapat terarah dan lebih sistematis. Berikut daftar spesifikasi batasan masalah: a) Bahan yang digunakan adalah baja karbon rendah

  b) Benda uji dilapisi elektroplating menggunakan seng c) Benda uji terelektroplating berjumlah 12

  d) Benda uji tanpa elektroplating berjumlah 12

  e) Korosi dilakukan dalam air laut

  f) Pengambilan data pertama 10 hari

  g) Pengambilan data kedua 20 hari

  h) Pengambilan data ketiga 30 hari i) Pengambilan data keempat 40 hari

BAB II DASAR TEORI Baja dan besi sampai saat ini menduduki peringkat pertama logam yang

  paling banyak penggunaanya. Besi dan baja mempunyai kandungan unsur utama yang sama yaitu Fe. Penggunaan besi dan baja dewasa ini sangat luas mulai dari perlatan yang sepele seperti jarum, peniti sampai dengan alat – alat dan mesin berat.

  Berikut merupakan sejarah baja:  Besi ditemukan digunakan pertama kali pada sekitar 1500 SM  Tahun 1100 SM, Bangsa hittites yang merahasiakan pembuatan tersebut selama 400 tahun dikuasai oleh bangsa asia barat, pada tahun tersebut proses peleburan besi mulai diketahui secara luas.

   Tahun 1000 SM, bangsa yunani, mesir, jews, roma, carhaginians dan asiria juga mempelajari peleburan dan menggunakan besi dalam kehidupannya.

   Tahun 800 SM, India berhasil membuat besi setelah di invansi oleh bangsa arya.

   Tahun 700 – 600 SM, Cina belajar membuat besi.  Tahun 400 – 500 SM, baja sudah ditemukan penggunaannya di eropa.  Tahun 250 SM bangsa India menemukan cara membuat baja

   Tahun 1000 M, baja dengan campuran unsur lain ditemukan pertama kali pada 1000 M pada kekaisaran fatim yang disebut dengan baja damascus.

   1300 M, rahasia pembuatan baja damaskus hilang.  1700 M, baja kembali diteliti penggunaan dan pembuatannya di eropa.

  (www.oke.or.id, Ahmad Hasnan S)

2.1. Baja Karbon

  Unsur pada baja cor dan baja tempa hampir sama, kecuali unsur Si dan Mn yang berfungsi mengikat O2. Baja cor dihasilkan dari penambahan karbon sekitar 0,05% sampai 1,7% pada besi murni (ferrit). Baja ini dibedakan atas:

• Baja karbon rendah (unsur C < 0,3%)
• Baja karbon sedang (unsur C 0,3% - 0,5%)
• Baja karbon tinggi (unsur C > 0,5%)

  Baja karbon rendah

  Baja karbon rendah merupakan perpaduan unsur logam atau ferrous (Fe) dengan unsur karbon (C) dengan kurang dari 0,3%. Bahan jenis ini biasanya banyak digunakan untuk alat perkakas dan bahan bangunan atau konstruksi. Baja karbon rendah mempunyai sifat mekanis, yaitu:

  1. Liat atau ulet (memiliki kekuatan tarik tinggi)

  2. Cukup tangguh dan kuat (tidak mudah retak)

  3. Mudah dibentuk

  5. Kekuatan baik Baja karbon rendah juga memiliki sifat yang tidak menguntungkan dibandingkan dengan logam lainnya, seperti:

  380(55)

  Bahan baku pembuatan baja adalah bijih besi. Bijih besi adalah bahan tambang dengan sumber yang tak habis-habisnya dan bisa ditemukan hampir diseluruh dunia. Tempat-tempat yang paling penting dimana bijih besi ditemukan adalah: Amerika Serikat, Kanada, Australia, dan Prancis.

  35

  25

  25

  40

  45

  68

  45

  40

  520(75) 655(95)

  450 (65) 565 (82) 90(13) 200(29) 300(44) 262(38) 480(70)

  1. Kekuatan baik, tetapi massa besar.

  180 (26)

  69 (10) 75 (11) 130 (19) 138 (20)

  Titanium Molybdenum 35 (5)

  Steel (1020)

  Alumunium Copper Brass (70Cu-30Zn) Iron Nickel

  Metal Alloy Yield Strength MPa (ksi) Tensile Strength MPa (ksi) Ductility, %EL [in 50 mm (2 in.)]

Tabel 2.1 Perbandingan Kekuatan (www.oke.or.id, Ahmad Hasnan S)

  Berikut dapat dilihat sifat mekanis dari baja dibandingkan dengan logam lainnya

  3. Tidak tahan korosi, dll. (Tata Surdia dan Saito Shinroku, 1999)

  2. Tidak tahan temperatur rendah.

2.2. Produksi Bijih Besi

  2.2.1. Proses Pemurnian Bijih Besi

  Bijih besi antara lain : Hematite (Fe

  2 O 3 - 70 % iron), Magnetite

  (Fe O - 72 % iron), Limonite (Fe O + H O - 50 % to 66 % iron) dan

  3

  4

  2

  3

  2 Siderite (FeCO 3 - 48 % iron).

  Proses pemurnian besi memiliki prinsip dasar yaitu menghilangkan kandungan oksigen dalam bijih besi. Untuk memurnikan bijih besi kita dapat melakukannya dengan cara dua cara, yaitu: cara tradisional (blomery) dan dengan proses yang lebih moderen.

  Cara tradisional : blomery, pada proses ini bijih besi dibakar dengan charcoal, dimana banyak mengandung carbon sehingga terjadi pengikatan oksigen, pembakaran tersebut menghasilkan karbondiokasida dan karbon monoksida yang terlepas ke udara, sehingga besi murni didapat dan dikeluarkan dari dapur, kekurangnya tidak semua besi dapat melebur sehingga terbentuk spoge (spoge berisi besi dan silica).

  Proses lebih modern adalah dengan blast furnace. Blast furnace diisi oleh bijih besi, charcoal atau coke (coke adalah charcoal yang terbuat dari coal) dan limestone (CaCO3). Angin secara kencang dan kontinu ditiupkan dari bawah dapur. Hasil peleburan besi akan berada di bawah. Cairan besi yang keluar ditampung dan disebut dengan pig iron.

  2.2.2. Proses Persiapan Bahan

  Bahan baku pembuatan baja adalah bijih besi, dan diperlukan bahan bakar, bahan tambah, dan juga oksigen. Bahan-bahan tersebut diperlukan untuk proses pembuatan baja baik menggunakan dapur maupun konverter.

  Sebelum bijih besi dimasukkan kedalam dupur atau konverter, maka pertama kali bijih besi dibentuk dengan cara:  Dipecah dengan diamer 6 cm  Sinter dengan diameter 3 cm  Briket  Dipisah, dicuci, dan dipanaskan

Gambar 2.1 proses bijih besi sebelum dimasukkan kedalam dapur/konverter.

  Kemudian bahan bakar bisa berupa: kokas (mengandung P dan S, nilai kalor tinggi), atau Arang kayu (tidak mengandung P dan S, nilai kalor rendah) setelah itu udara (oksigen).

  Pada persiapan berikutnnya untuk memproses pembuatan baja dolomit. Fungsi dari bahan tambah adalah untuk mengikat kotoran (P dan S) sekaligus untuk menurunkan titik lebur bijih besi.

  Bahan terakhir yang dibutuhkan dalam proses pembuatan baja adalah oksigen, dimana berfungsi untuk menaikkan suhu yang dipergunakan untuk meleburkan bijih besi dengan cara menaikkan tekanan pada dapur maupun konverter.

2.2.3 Proses Pengolahan Baja

  Seperti yang ditulis diatas, pengolahan baja dapat menggunakan dapur maupun konverter. Masing-masing penggunaan baik itu dapur atau konverter untuk mengolah bijih besi menjadi baja mempunyai keunggulan serta hasil yang berbeda-beda.

  Dapur sendiri bermacam-macam begitupula dengan konverter. Jenis dapur yang sering digunakan untuk mengolah bijih besi menjadi baja diantaranya: dapur Tinggi, dapur Siemen martin, dapur induksi, dapur duplex dan lain-lain. Begitu juga dengan konverter, terdapat: konverter Thomas, konverter Bessemer dan lain-lain. Disini penulis hanya menjelaskan sedikit mengenai dapur tinggi dan konverter Thomas.

  Pada dapur tinggi dapat dilihat bentuk konstruksinya pada gambar dibawah ini:

Gambar 2.2 Konstruksi Dapur Tinggi (Bagyo Sucahyo, 1999)

  Konstruksi dapur tinggi terdiri dari bagian dalam dan bagian luar. Untuk bagian dalam pada dapur tinggi dilapisi oleh batu tahan api, sedangkan bagian luar terbuat dari plat baja (Gambar 2.2 Kontruksi Dapur Tinggi).

  Batu tahan api yang dipergunakan untuk konstruksi dapur tinggi harus memenuhi prasyarat yaitu: mempunyai kekuatan mekanis yang cukup baik, tahan terhadap temperatur tinggi, tahan terhadap reaksi kimia yang terjadi pada dapur tinggi, mempunyai angka pemuaian yang rendah, dan porous (berpori).

  Proses pengolahan baja pada dapur tinggi dapat dilihat pada gambar dibawah ini:

Gambar 2.3 Diagram Alir Proses Dapur Tinggi (Bagyo Sucahyo, 2003)

  Proses pengolahan bijih besi menjadi baja akan menghasilkan terak, besi kasar kelabu, besi tuang dan gas buang. Terak biasa juga digunakan untuk bahan pembuat semen dan juga pupuk. Besi kasar cair (mengandung 1,7 – 2,3% C) yang dihasilkan oleh dapur tinggi berupa besi kasar putih (kadar Si tinggi) dapat dituang dan besi kasar kelabu (kadar Si rendah) mempunyai kekuatan tarik rendah. Gas buang dialirkan ke pemanas udara untuk disaring (Gambar 2.3 Diagram Alir Proses Dapur Tinggi).

Gambar 2.4 Dapur Tinggi (www.oke.or.id, Ahmad Hasnan S)

  Untuk pembuatan baja pada konverter, biasanya sudah menggunakan baja-baja bekas atau besi cair dan kemudian diolah menjadi baja yang diinginkan atau yang akan dijual ke pasaran. Proses pembuatan baja pada konverter relatif sederhana atau tidak serumit pembuatan baja dengan menggunakan dapur (Gambar 2.5 Diagram Alir Pembuatan Baja Dengan Menggunakan Konverter).

Gambar 2.5 Diagram Alir Pembuatan Baja Dengan Menggunakan

  Konverter (www.oke.or.id, Ahmad Hasnan S)

Gambar 2.6 Proses Pembuatan Baja Setelah Melalui Konverter

  Adapun tujuan dari proses pembuatan baja dengan konverter adalah mencairkan kembali besi bekas dan mengubah besi cair kasar menjadi baja. Sehingga dalam praktek pembuatan baja menggunakan konverter dilapangan sangat jarang atau bahkan tidak pernah sama sekali mencairkan biji besi menjadi baja. Akan tetapi proses setelah melalui dapur tinggi untuk menjadi baja dalam bentuk cairan besi kasar seringkali diproses didalam konverter.

  Untuk konverter Thomas, bentuk dan cara kerja sama dengan konverter siemen Bessemer menggunakan batu tahan api yang bersifat basa (dolomit). Tidak untuk mengolah besi kasar yang mengandung Si (0,3% - 0,8%) karena akan bereaksi dengan batu tahan api. Sebagai pengganti Si, dengan unsur P (1,7% – 2%) dan Mn (1% – 2 %).

  Proses pada konverter Thomas dimulai dari memasukkan bahan tambah, besi kasar putih kemudian dihembuskan udara. Pada saat penghembusan udara terjadi oksidasi unsur Fe, Si, Mn sehingga suhu naik dan terbentuk terak basa. Unsur phospor belum terpisah dengan Fe. Proses selanjutnya pembakaran karbon, suhu turun. Setelah suhu turun terjadi oksidasi Phospor terhadap Fe, saat terjadi oksidasi suhu kembali naik. Hasilnya berupa baja dengan kadar 0,005 – 0,5% C, untuk baja profil dan baja tuang (Bagyo Sucahyo, 1999).

2.3. Elektroplating

  Elektroplating didefinisikan sebagai perpindahan ion logam dengan bantuan arus listrik melalui elektrolit sehingga ion logam mengendap pada benda padat konduktif membentuk lapisan logam. Ion logam dapat diperoleh dari elektrolit maupun berasal dari pelarutan anoda logam ke dalam elektrolit. Pengendapan terjadi pada benda kerja yang berlaku sebagai katoda. Lapisan logam yang mengendap disebut juga sebagai deposit. Dalam pembahasan selanjutnya digunakan istilah plating atau lapis listrik atau pelapisan logam yang maksudnya adalah elektroplating.

  Ion merupakan atom atau molekul bermuatan listrik positif atau negatif. Atom atau molekul bermuatan positif bila mempunyai proton lebih besar daripada electron. Suatu ion logam atau molekul bermuatan positif bila melepas electron disebut kation. Muatan negatif diperoleh bila suatu atom atau molekul menerima electron disebut anion.

  Atom merupakan bagian terkecil suatu unsur, terdiri dari inti berupa proton dan neutron yang dikelilingi oleh electron. Bila jumlah proton sama dengan elektron maka suatu atom akan bermuatan netral.

  Elektron adalah bagian dari suatu atom yang mempunyai massa sangat kecil dan bermuatan negatif. Proton merupakan partikel atom yang menentukan massa atom dan bermuatan positif. Sedangkan neutron merupakan partikel bermassa tetapi tidak bermuatan.

  Arus listrik pada dasarnya adalah aliran elektron, yang dapat mengalir dari satu atom ke atom yang lainnya. Bila arah arus selalu sama setiap saat disebut sebagai arus searah (DC: direct current), dan bila terjadi arah balik terhadap arah dasarnya disebut sebagai arus bolak-balik (AC: alternating current). Arus yang dipakai pada electroplating adalah arus searah. Sumber arus DC dapat diperoleh dari accumulator, batu baterai atau dengan mengubah arus AC menjadi DC dengan menggunakan adaptor atau rectifier.

  Elektrolit merupakan larutan yang mengandung ion-ion sehingga dapat menghantarkan arus listrik. Sebagai contoh elektrolit untuk plating tembaga mengandung senyawa tembaga sulfat (C SO ) yang terurai dalam

  u

  4 2+

  2

  larutan yang membentuk ion positif C u dan ion negatif SO

  4 . Untuk

  memperbesar hantaran arus listrik ditambahkan asam sulfat (H

  2 SO 4 ) yang

  terurai menjadi ion positif H

3 O (berasal dari H

  2 O + H = H

  3 O ) dan ion 2-

  negatif SO 4 .

  Apabila buah benda padat disambungkan dengan arus listrik dan dicelupkan kedalam elektrolit, bagian yang tersambung dengan kotub positif disebut anoda dan yang tersambung dengan kutub negatif disebut katoda. Anoda terdiri dari dua macam yaitu anoda aktif yang akan larut ke dalam larutan seperti anoda tembaga (Cu), nikel (Ni) dan anoda inaktif yang tidak akan terionisasi seperti karbon (C).

2.3.1. Prinsip Kerja Elektroplating

  Prisip utama terjadinya proses elektroplating ditunjukkan pada gambar dibawah ini, yang menerangkan tentang proses elektroplating suatu logam.

  Penghantar arus Katoda

  (+) Anoda (-)

  n+

  M M Sumber arus Bak plating searah, DC

  Larutan elektrolit

Gambar 2.7 Proses elektroplating

  Sumber arus listrik searah dihubungkan dengan dua buah elektroda yaitu elektroda yang dihubungkan dengan kutub negatif disebut sebagai katoda dan elektroda positif disebut anoda. Benda yang akan dilapisi harus bersifat konduktif atau menghantarkan arus listrik dan berfungsi sebagai katoda, disebut sebagai benda kerja. Pada elektroplating dengan anoda aktif digunakan anoda logam yang mempunyai kemurnian tinggi. Arus mengalir dari anoda menuju katoda melalui elektrolit.

  Proses pelapisan pada benda kerja dilakukan pada suatu elektrolit yang mengandung senyawa logam. Untuk meningkatkan hantaran arus

  n+

  dapat ditambahkan asam atau basa. Ion logam (M ) dalam elektrolit yang bermuata positif menuju benda kerja sebagai katoda yang

  n+

  bermuatan negatif sehingga ion logam M akan tereduksi menjadi logam M dan mengendap di katoda membentuk lapisan logam (deposit), menurut reaksi:

  

n+ o

  M + ne M Ion logam dalam elektrolit yang telah tereduksi dan menempel dikatoda, posisinya akan diganti oleh anoda logam yang teroksidasi dan larut dalam elektrolit atau dari penambahan larutan senyawa logam. Pada anoda terjadi oksidasi menurut reaksi:

  Mo Mn+ +ne Apabila proses electroplating berjalan seimbang maka konsentrasi akan tetap, anoda makin lama berkurang dan terjadi pengendapan logam yang melapisi katoda sebagai benda kerja. Reaksi oksidasi-reduksi secara keseluruhan dapat dituliskan sebagai berikut:

  o n+

  Anoda : M M + ne

  n+ o

  Katoda : M + ne M

  o n+ n+ o

  M + M M + M Apabila plating menggunakan anoda inaktif maka logam yang menempel pada katoda hanya berasal dari larutan, sehingga konsentrasi larutan makin berkurang dan diperlukan kontrol yang ketat terhadap konsentrasi larutan elektroplating untuk menjaga efisiensi proses dan kualitas lapisan (gambar 2.7 proses elektroplating).

2.3.2. Efisiensi Plating

  Efisiensi plating pada umumnya dinyatakan sebagai efisiensi arus anoda maupun katoda. Efisiensi katoda yaitu arus yang digunakan untuk pengendapan logam pada katoda dibandingkan dengan total arus masuk. Arus yang tidak dipakai untuk pengendapan digunakan untuk penguraian air membentuk gas hydrogen, hilang menjadi panas atau pengendapan logam-logam lain sebagai impuritas yang tak diinginkan. Efisiensi anoda yaitu perbandingan antara jumlah logam yang terlarut dalam elektrolit disbanding dengan jumlah teoritis yang dapat larut menurut hokum Faraday.

  Kondisi plating yang baik bila diperoleh efisiensi katoda sama dengan efisiensi anoda, sehingga konsentrasi larutan bila menggunakan anoda aktif akan selalu tetap.

  Efesiensi arus katoda sering dipakai sebagai pedoman menilai apakah semua arus yang masuk digunakan untuk mengendapkan ion logam pada katoda sehingga didapat efisiensi plating sebesar 100% ataukah lebih kecil. Adanya kebocoran arus listrik, larutan yang tidak homogen dan elektrolis air merupakan beberapa penyebab rendahnya efisiensi.

2.3.3. Fakto-Faktor Yang Berpengaruh Pada Plating

  Kualitas hasil elektroplating maupun efisiensi arus sangat dipengaruhi oleh variable proses sebagai berikut:  Konsentrasi elektrolit,

  Larutan elektrolit terdiri dari komponen utama berupa senyawa logam dalam bentuk garam terlarut dan asam atau basa. Senyawa logam merupakan sumber logam yang menempel pada benda kerja. Larutan asam atau basa dalam elektrolit berfungsi untuk meningkatkan konduktifitas atau daya hantar listrik.

  Konsentrasi elektrolit selama proses plating berlangsung akan mengalami perubahan terutama penguapan dan berpindahnya ion logam dari lrutan yang mengendap di katoda. Pada umumnya kelebihan kadar logam menyebabkan menurunnya kekilapan dan kerapatan lapisan, dan juga mengakibatkan terjadinya pemborosan bahan. Apabila kadar logam rendah terjadi penurunan konduktifitas sehingga proses plating menjadi lambat. Oleh karena itu konsentrasi elektrolit perlu dijaga konstan dengan melakukan analisis larutan secara teratur.  Sirkulasi elektrolit

  Distribusi ion-ion didalam elektrolit seringkali tidak merata terjadinya perpindahan ion logam positif yang mengendap, sedangkan disekitar anoda seringkali terjadi kelebihan ion positif yang berasal dari oksidasi logam.

  Sirkulasi elektrolit bertujuan agar distribusi ion-ion baik positif ataupun negatif didalam elektrolit menjadi merata sehingga dapat dihindari terjadinya polarisasi. Polarisasi terjadi bila dua daerah dalam elektrolit sangat positif dan yang lainnya sangat negatif sehingga diperlukan tegangan yang lebih tinggi agar arus dapat mengalir melalui elektrolit dari anoda ke katoda. Sirkulasi elektrolit dapat dilakukan dengan bantuan pompa ataupun dengan hembusan udara dari blower melalui pipa-pipa yang dipasang didasar tangki.

   Rapat arus Berdasarkan hukum Faraday, banyaknya endapan sebanding dengan kuat arus. Akan tetapi dalam praktek, besaran yang diperlukan untuk plating adalah rapat arus yaitu arus persatuan luas,

  2

  2

  2

  biasanya dinyatakan dalam Amper/dm (A/dm ) atau Amper/ft

  2

  (A/ft ). Rapat arus antara anoda dan katoda besarnya berbeda dan rapat aruus katoda merupakan besaran yang perlu diperhatikan agar kualitas endapan pada katoda berkualitas baik dan tidak sampai terbakar.

  Semakin besar rapat arus maka laju plating makin cepat dan waktu yang diperlukan untuk memperoleh endapan dengan ketebalan plating berjumlah banyak atau luasan benda besar maka diperlukan arus yang besar dan kemudian diturunkan bila jumlah benda sedikit atau luasan benda kecil. Rapat arus yang terlalu tinggi menyebabkan terjadinya panas sehingga benda kerja yang diplating dapat terbakr dengan ditandai warna yang menghitam.  Tegangan Tegangan yang diperlukan untuk proses electroplating tergantung dari jenis, komposisi dan kondisi elektrolit. Rapat arus dapat dinaikkan dengan menaikan tegangan, akan tetapi hal ini dapat menyebabkan terjadinya polarisasi dan tercapainya tegangan batas. Pada keadaan tegangan batas, tidak terjadi aliran arus melalui elektrolit, dan bila tegangan dinaikkan akan terjadi elektrolisis air yang menghasilkan gas hydrogen dan oksigen. Tegangan batas dapat dinaikkan dengan cara sirkulasi elektrolit, mempertinggi temperature larutan dan memperbaiki konsentrasi elektrolit.

   Jarak anoda-katoda Jarak anoda-katoda menentukan hantaran arus listrik dan sangat berpengaruh terhadap keseragaman tebal lapisan. Besarnya hantaran berbanding terbalik dengan jarak. Apbila jarak anoda-katoda kecil, hambatan menjadi kecil dan konduktivitas besar sehingga untuk mendapatkan arus yang besar diperlukan tegangan yang lebih rendah.

   Rasio dan bentuk anoda-katoda Perbandingan permukaan anoda-katoda sangat penting untuk menjaga agar ion-ion di dalam elektroplating selalu seimbang.

  Standard rasio anoda-katoda tergantung dari jenis plating. Untuk menjaga agar konsentrasi elektrolit selalu seimbang, misalnya saja konsentrasi tembaga sulfat terhadap asam sulfat maka pada plating tembaga harus dijaga agar perbandingan anoda tembaga terhadap benda kerja selalu mendekati standard. Bila anoda lebih sedikit dibanding katoda akan terjadi kekurangan ion tembaga di dalam larutan dan endapan yang terbentuk menjadi lambat dan tidak normal.

   Distribusi arus Lintasan arus dari anoda ke katoda tidak semuanya lurus tetapi cenderung melengkung terutama yang berasal dari ujung anoda ke ujung katoda. Keadaan ini menyebabkan rapat arus ke ujung-ujung katoda menjadi lebih besar sehingga endapan yang terbentuk pada bagian ujung cenderung lebih tebal. Itulah sebabnya apabila melakukan plating batangan besi dengan tembaga ataupun silinder dengan tembaga dan krom sering dihasilkan ujung-ujung silinder cenderung lebih tebal dibandingkan pada bagian tengah.

  Pada plating benda-benda yang rumit seringkali dihasilkan pelapisan yang tak merata terutama pada daerah arus rendah (low keadaan tersebut biasanya dipasang anoda sekunder sehingga dapat diperoleh rapat arus yang seragam dan daerah yang sulit atau berarus rendah dapat diperkuat dengan adanya anoda bantuan tersebut. Sedangkan pada daerah dengan arus yang tinggi dapat dipasang pemecah arus yang biasanya berupa plastik berbentuk sikat gigi.

   Temperatur Temperatur berpengaruh terhadap konduktivitas. Temperatur semakin tinggi menyebabkan konduktivitas larutan makin besar sehingga mempercepat hantaran arus listrik. Pada temperatur tinggi dapat diperoleh rapat arus yang besar dan juga mempertinggi tegangan batas polarisasi. Namun demikian setiap semua jenis plating mempunyai rentang temperatur operasi optimum yang berkaitan dengan sifat endapan logam pada benda kerja maupun sifat dari aditif. Temperatur yang terlalu tinggi dapat menyebabkan endapan terdapakar dan terjadi kerusakan aditif.

   Daya tembus Daya tembus didefinisikan sebagai kemampuan proses elektroplating untuk menutup katoda dengan lapisan seseragam mungkin, ditentukan oleh pengaturan geometri tanki dan berbagai parameter proses termasuk juga jenis elektrolit. Letak geometri katoda-anoda menentukan distribusi arus primer seperti yang telah dibahas pada distribusi arus diatas. Daya tembus terutama sangat

  Rapat arus yang besar cenderung membuat lapisan pada ujung- ujung benda kerja menjadi lebih tebal karena mendapat rapat arus yang lebih besar. Keadaan ini dapat diatasi dengan pemasangan pemecah arus dari bahan-bahan isolator seperti plastic berbentuk gerigi yang dipasang antara anoda dengan ujung benda kerja. Edealnya pemasangan anoda-katoda tepat berhadap-hadapan pada jarak yang sama, namun dalam praktek hal ini jarang dapat dilakukan dan menyebabkan daya tembus tidak sama. Pengaruh lanjut dari daya tembus adalah distribusi arus sekunder sebagai hasil antara distribusi arus primer dan polarisasi.  Epitaxy dan leveling

  Pengertian epitaxy adalah lapisan mengikuti bentuk dan struktur benda kerja sebagai katoda, sehingga benda kerja yang kasar menghasilkan lapisan kasar. Contoh dapat diamati bila benda yang akan dilapis dengan krom permukaannya kasar dan berserat maka hasil akhir pelapisan krom juga kasar dan berserat.

  Leveling dimaksudkan bahwa lapisan meratakan bagian-bagian benda kerja yang cekung, sehingga plating mempunyai kecendrungan menutupi permukaan-permukaan benda yang cekung menjadi rata. Epitaxy dapat dicegah dengan persiapan permukaan benda kerja yang halus. Pembentukan leveling yang baik dapat dilakukan dengan penambahan aditif pada plating tembaga akan

   Aditif Aditif merupakan zat tambahan dengan jumlah kecil dimaksudkan untuk mengatur pertumbuhan kristal sehingga diperoleh hasil plating dengan kualitas yang baik meliputi kecerahan atau kekilapan (bright) dan kekerasan (hard). Pemberian aditif dapat juga memperbaiki leveling. Aditif umumnya berupa senyawa organik yang bekerja pada rentang temperatur tertentu dan dapat rusak selama proses berlangsung. Oleh karena itu kontrol dan tambahan aditif diperlukan bila terjadi penurunan kualitas hasil plating, misalnya endapan tidak lagi cemerlang dan rapuh.

   Kontaminan Adanya padatang yang melayang-layang, tersuspensi maupun terlarut dalam elektrolit dapat menyebabkan kontaminasi bagi elektrolit yang berpengaruh pada kualitas hasil plating. Padatang yang melayang-layang dapat pula ikut mengendap dikatoda sehingga hasil plating pada benda kerja menjadi kasar. Adanya ion logam yang tak dikehendaki dapat menyebabkan terjadinya noda-noda atau bintik-bintik pada permukaan plating.

  Elektrolit seringkali juga menjadi rusak karena adanya kontaminan sehingga pengendapan pada katoda tidak dapat berlangsung dengan sempurna. Kontaminan berupa padatan tersuspensi juga akan mengganggu endapan logam pada benda kerja. elektrolit, dan dapat pula berasal dari alat-alat untuk kerja maupun benda kerja yang tidak dilakukan pembersihan dengan baik.

  Kontaminan berupa partikel-partikel yang melayang maupun tersuspensi dapat dihilangkan dengan cara filtrasi pada aliran sirkulasi cairan yang dipasang sebelum pompa. Bila kontaminan berupa ion-ion terlarut dalam air dilakukan pengolahan air sehingga kandungan ion-ion logam menjadi sangat rendah. Penggunaan air desrilasi atau air demineralisasi yang kandungan ion-ion sangat kecil mencegah kontaminasi. Kontaminan bahan organik yang terjadi pada saat proses dihilangkan secara oksidasi denga hidrogen peroksida maupun secara filtrasi dan penukar ion. Sedangkan kontaminan bahan organik dihilangkan denga melakukan dummy, yaitu elektroplating menggunakan arus yang sangat rendah sehingga ion- ion logam pengotor akan menempel pada katoda yang berbentuk plat bergelombang.

2.4. Pelapisan Seng

2.4.1 Kegunaan dan Sifat-Sifat Seng

  Banyak sekali bahan-bahan dari besi atau baja yang dilapisi dengan dengan logam seng dengan berbagai tujuan, diantaranya adalah untuk:  Melindungi bahan dari koroasi  Memberikan suatu dasaran yangbangus untuk pengecatan

   Memberikan penampilan yang lebih bagus dan menarik dari benda dasarnya Pelapisan seng dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu: 1. Proses pencelupan panas atau lebih dikenal galvanizing.

  Pada proses ini benda kerja dicelupkan dalam lelehan logam seng (hot dipping), sehingga lapisan seng menempel padanya.

  Barang-barang seperti atap rumah, ember logam, tangki, pagar jalan tol, pagar trails, tiang listrik dilapisi seng melalui proses ini.

  2. proses pencelupan dingin atau dikenal dengan elektrogalvanizing atau zinc plating benda kerja dimasukkan dalam larutan elektrolit yang mengandung ion-ion seng dan alkali atau asam. Dengan bantuan arus searah ion-ion seng tersebut direduksi menjadi logam seng dan menempel pada benda kerja yang bertindak sebagai katoda. Logam seng sebagai anoda melarut memberikan ion-ion seng ke dalam larutan.

  Cara ini lebih cocok untuk barang-barang teknik yang memerlukan ketelitian dimensional misalnya ketebalan yang seragam, dan lekuk-lekuk atau bagian-bagian kecil dari benda kerja yang tidak boleh mengalami perubahan bentuk. Barang-barang yang dibuat melalui proses plating misalnya mur baut, paku, komponen sepeda dan motor, peralatan pertanian, klem-klem untuk jaringan

  Hasil pelapisan seng berwarna putih kebiru-biruan, dan dapat dijadikan warna lain seperti pelangi, hitam, kuning melalui proses pewarnaan lanjut. Sifat-sifat fisika seng:  logam yang berwarna putih kebiru-biruan  dapat ditempa dan di bengkokkan  penghantar listrik yang baik  berat atom = 65,38

  

3

  3

   densiti = 7,14 gr/cm , (density air = 1 gr/cm )  titik leleh = 419 ºC  titik didih = 909 ºC  konduktivitas listrik pada 0ºC = 0,1816 s/cm sifat-sifat kimia seng:  seng mudah teroksidasi oleh oksigen dari udara dan terbentuk lapisan tipis dari seng karbonat basa yang dapat melindungi seng dari proses korosi lebih lanjut.

  Zn + O + CO + H O (ZnOH) CO

  2

  

2

  2

  2

  3

   seng bersifat atmosfir, dapat bereaksi denga asam maupun basa, membebaskan gas hidrogen.

  Zn + H

  

2 SO

  4 ZnSO 4 + H

  2 Zn + 2 NaOH NaZnO + H

  2

  2

   Seng dapat bereaksi langsung dengan belerang dan halogen

  Zn + Cl

  2 ZnCl

  2

  2.4.2 Peralatan Pelapisan Seng

  Peralatan plating seng terdiri dari rectifier, bak plating, anoda seng penghantar,dan dengan atau tanpa barrel, pompa serta filter.

  Anoda berbentuk batangan atau lempengan dengan kemurnian tinggi. Untuk menjaga kontaminasi larutan dari anoda, maka perlu dibungkus denagan kain sehingga selama elektroplating kotoran dari anoda tertahan pada kain tersebut.

  Benda kerja yang kecil-kecil dimasukkan didalam tabung yang berputar dengan kecepatan tertentu yang dimasukkan kedalam bak plating sehingga lapisan merata. Perputaran tersebut sekaligus berfungsi mengaduk-aduk larutan elektrolit sehingga lebih homogen.

  Pompa serta filter hanya dipakai untuk plating seng menggunakan elektrolit asam.