ANODISASI ALIMINIUM I.
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Anodisasi adalah suatu proses pembentukan lapisan tipis (film) oksida pada permukaan benda kerja dengan metode elektrolisis. Proses anodisasi merupakan kebalikan dari proses elektro plating, karena prosesnya terjadi di anoda, sedangkan proses electroplating electroplating terjadi di katoda. Oleh karena itu, proses anodisasi yang terbentuk dapat melindungi proses korosi pada logam alumuniun. Produk proses anodisasi mempunyai peranan yang penting dalam industry manufaktur, manufaktur, seperti industry pesawat terbang, industry mesin, dan masih banyak bagi industry yang memanfaatkan hasil proses anodisasi. Berdasarkan hal inilah, maka praktikum anodisasi untuk logam aluminium menjadi penting. 1.2 Tujuan Percobaan 1. Menjelaskan prinsip proses anodisasi 2. Membuat diagram tahap proses anodisasi 3. Menjelaskan gejala yang terjadi selama proses anodisasi baik di anoda maupun di katoda 4. Menyimpulkan hasil proses anodisasi Al berdasarkan percobaan yag telah dilakukan
II.
LANDASAN TEORI Anodisasi adalah proses pembentukan lapisan tipis (film) oksidasi pada permukaan benda kerja dengan metode elektrolisis. Lapisan ini memberikan perlindungan terhadap logam aluminium dari reaksi korosi. Proses anodisasi ini merupakan benda kerja (aluminium sebagai benda kerja) ditempatkan sebagai anoda dan elektro lain (katoda) adalah logam Al, Pb atau elektroda inert. Produk proses anodisasi ini mempunyai peranan yang penting dalam industry manufaktur, seperti industry pesawat terbang, industry mesin, dan masih banyak bagi industry yang memanfaatkan hasil proses anodisasi.
Mekanisme pembentukan lapisan oksida di permukaan benda kerja belum diketahui dengan pasti, tetapi reaksi oksidasi alumunium adalah sebagai berikut : 4Al + 3O2
Al2O3
Kemungkinana tahapan proses anodisasi untuk pembuatan oksida adalah sebagai berikut: Tahap reaksi oksidasi elektrolitik yang mengubah logam aluminium
y
menjadi ion Tahap reaksi ion dengan oksigen yang dibawah dalam bentuk ino (OH
y
-
atau O2) pada antar muka sehingga membentuk aluminium oksida yang menempel pada permukaan anoda. Tahapan terakhir merupakan periatiwa pelarutan kembali sebagai oksida
y
tersebut oleh asam sehingga membentuk lapisan akhir yang terlapisi Secara skematis tahapan proses di ata dapat dijabarkan sebagai berikut : Al
Al
3+
Al2O3
Lapisan Al2O3 akhir
Reaksi skematis tahapan proses di atas dapat dijabarkan sebagai berikut : +
H2SO4
2H + SO4
2-
Pada katoda (Pb, Al, Anoda tak larut ) : +
2H + 2e
H2
Eo = 0,0 Volt -
2H2O + 2e + O2
4OH
Eo = 0,4 Volt
Pada anoda Al +
2H2O
O2 + 4e + 4H +
Al
Al3 + 3e
Eo = 1.66 Volt
Reaksi penentuan oksida : -
2Al3+ + 3OH
Al2O3 + 3H
+
G o
= -33,985 kkal
Reaksi total 2Al + O2 + H2O
Al2O3 + H2
G o
= -320,080 kkal
Ho
= -260,536 kkal
Proses anodisasi aluminium digunakan elektrolit yang melarutkan oksida logam, maka akan terbentuk suatu lapisan oksida yang hamper tidak berpori dan sangat tipis. Lapisan oksida semacam ini disebut lapisan penghalang arus. Apabila lapisan penghalang ini terbentuk, maka lapisan ini akan semakin menebal dan mengakibatkan aliran arus listrik terbentuk, tetapi bila lapisan oksida banyak porinya, ketebalan hanya beberapa perpuluhan micrometer, yaitu dapat mencapai 0,17 mm. Kerapatan porositas bervariasi bergantung pada kondisi anodisasi, tetapi terbesar mempunyai jarak 6 80. 109 pori/cm2, diameter pori sekitar 100300 Ao. Komposisi film terutama adalah Al2O3, meskipun setelah sealing dalam air mendidih komposisinya menjadi 70% Al2O3, 17% H2O dan 13% sisa anodisasi seperti sulfat atau kromat. Untuk proteksi, ketebalan film dibutuhkan 5-25 um. Larutan elektrolit untuk proses anodisasi dapat mengg unakan larutan berikut ini : y
Larutan kromat (banyak dipakai untuk menganodisai alat pesawat terbang dan lapisan oksidanya lebih tahan korosi dibandingkan dengan proses asam sulfat).
y
Larutan kromat sulfat : CrO 3 (50,25 100,50 gpl), NaCl (0,20 gpl), o
asam sulfat (0,50 gpl). Kondisi operasi : T (35 C), rapat arus (0,1 0,54 A/dm2), t (30 menit), V (40 volt) y
o
Larutan asam kromat : CrO 3 (100 gpl). Kondisi operasi : T (35 C), rapat arus (0,1 1,8 A/dm2), t (30 menit), V (40 volt), agitasi (udara)
y
o
Larutan asam sulfat : asam sulfat (15-18%). Kondisi operasi : T (20-28
C), rapat arus (1,2 1,4 A/dm2), t (10-30 menit), V (14-24 volt), agitasi (udara). Produk oksidanya lebih transparan dank keras. y
Asam Fosfat : asam orthopospat (108,7 gpl), kondisi proses : T (20-28
o
C), rapat arus (1,2 1,5 A/dm2), t (10-40 menit). Pengerasan lapisan oksida Lapisan oksida yang terbentuk di permukaan logam aluminium dapat dilakukan pengerasan dengan metoda berikut ini. y
Pengerasan lapisan oksida pada aluminium yang telah mengalami proses anodisasi dilakukan air panas. Aluminium oksida akan bereaksi dengan air membentuk bochmat
y
Pengerasan lapisan oksida dapat juga dilakukan dengan uap air panas. Dengan cara ini terbentuk selaput bochmat pada lapisan oksidanya. Cara pengerasan lapisan oksida dengan menggunakan uap air panas dapat menghindari terlarutnya kembali sebagai zat pewarna
y
Pengerasan lapisan oksida dapat juga dilakukan dengan larutan elektrolit seperti natrium asetat, bikromat, silikat dan sebagainya
Pengerasan hasil proses anodisasi bertujuan untuk dekoratif, sehingga permukaan logam menjadi lebih indah dan menarik. Zat waran dapat diserap dan tidak mudah hilang akibat sinar matahari. Zat warna yang digunakan dapat berupa zat warna organic maupun anorganik. y
Setelah proses anodisasi dan dicuci dengan air, lapisan oksidasi pada
permukaan
aluminium
dapat
diberi
warna
dengan
mencelupkan ke dalam larutan zat warna organic pada o
temperature ±65 C. Pelarut zat warna ini tidak harus air tetapi dapat juga pelarut organic seperti alcohol, benzene dst. Kadar zat
warna dan pH larutan disesuaikan dengan jenis zat yang diinginkan. y
Beberapa zat warna anorganik dapat dierap ke dalam pori-pori oleh larutan lainnya. Karena itu ada dua tahap dalam proses pewarna ini Tahap 1 : menyerapkan zat warna anorganik dala pori-pori lapisan oksida Tahap 2 : mengendapkan zat anorganik dalam pori-pori dengan larutan pengendapan.
y
Pewarnaan dapat juga dilakukan dengan menggunakan garam logam.
Garam-garam
ini diserapkan ke dalam pori-pori lapisan
oksida. Logam garam tersebut diendapkan secara elektrolit. Logam aluminium yang dikerjakan secara ini akan lebih tahan terhadap panas dan keadaan cuaca. III.
PERCOBAAN 3.1 Peralatan dan bahan yang digunakan 1.
Gelas
kimia 200 ml 3 buah
2. Penyearah arus 3. Avometer 4. Bak atau tangki tempat larutan elektrolit 5. Anoda (Al atau Pb) 6. Benda kerja 7. Pengering atau hair dryer 8. Larutan NaOH 50 gpl 9. Larutan HNO3 10 gpl 10. Larutan asam sulfat 15-18 % 11. Alkohol/aseton 12. Kertas abrasive dari yang kasar sampai halus (grid 240 s/d 1000)
3.2 Diagram Proses Secara sederhana proses anodisasi dapat ditunjukan seperti diagram pada Gambar 1.
Pencucian lemak (Degreasing)
Pembilasan (Rinsing)
Pengetsaan (Etching) (asam alkali)
Pembilasan (Rinsing)
Brightener Dip (Pembilasan secara kimia)
Pembilasan
Proses anodisasi
Pembilasan
Pewarnaan
Sealing
Pengemasan 3.3 Pengambilan data Rapat arus
= 4,2 A/dm2
Suhu proses
= 70 C
o
Waktu proses = 10 menit Warna permukaan logam No
Berat sebelum
Berat sesudah
proses (w1)
proses (w2)
1
7,32
7,42
2
7,33
7,48
3
7,25
7,33
4
9,23
9,20
Gejala selama proses
Terdapat gelembung gas Terdapat gelembung gas Terdapat gelembung gas Terdapat gelembung
sebelum dan setelah pewarnaan Sebelum proses
Setelah proses
Abu-abu
Biru tua
Abu-abu
Kuning
Abu-abu
Coklat
Abu-abu
Biru pudar
gas
IV.
Pembahasan Proses anodisasi ini bertujuan untuk mengetahui kondisi proses selama proses anodisasi baik di anoda maupun di katoda. Pada proses anodisasi kali ini, Al sebagai benda kerja sekaligus elektrodanya yang bertindak sebagai anoda sedangkan elektroda Al yang digunakan bertindak sebagai katoda. Proses anodisasi ini adalah proses pembentukan lapisan tipis (film) oksida pada permukaan benda kerja dengan menggunakan elektrolisis. Lapisan ini memberikan
perlindungan terhadap logam aluminium dari reaksi korosi, larutan yang digunakan untuk mengelektrolisis pada proses ini adalah H2SO4, karena H2SO4 ini akan terurai +
sehingga H bebas yang berada di kutub positif akan ditarik ke permukaan elektroda Al yang dihubungkan di kutub negative. Saat awal proses terjadi terdapat gelembung-gelembung undara yang kelur, ini dikarnakan anoda mengalami reksi oksidasi air sehingga akan membentuk gas oksigen. Electron-elektron dari benda kerja akan menempel di permukaan logam Al. Reaksinya adalah : Anoda (Al);
+
2H2O
(oksidasi air)
+
Al Katoda (Al);
O2 + 4e + 4H Al3 + 3e
+
2H + 2e
H2
2H2O + 2e + O2
-
4OH
(reduksi air)
Ion Al sebagai benda kerja akan bereaksi dengan ion OH- dari hasil reaksi di katoda yang akan membentuk lapisan oksida, dengan reksinya adalah : 3+
-
2Al + 3OH
+
Al2O3 + 3H
Dapat dilihat dari data pengamatan berat akhir logam Al setelah melakukan proses anodisasi akan bertambah, ini dikarnaka lapisan film oksida menempel. Tetapi pada proses anodisasi yang ke-4, dip roses ini logam Al yang telah di anodisasi mengalami penurunan berat ini disebabkan karena pada proses erching waktu yang digunakan kurang dari 10menit, tidak dilakukan pengadukan sehingga pada proses pewarnaan warnanya tidak dapat menempel dibenda kerja. V.
Kesimpulan 1. Prinsip anodisasi adalah proses pembentukan lapisa tipis (film) oksida pada permukaan benda kerja dengan menggunakan elektrolisis. 2. Pada proses anodisasi berlangsung timbul gas oksigen, dikarnakan ada proses pelepasan ion H
+
3.
Gejala
yang terjadi pada proses anodisasi adalah timbulnya gelembung gas
oksigen, dikatoda gelembung gas oksigen lebih banyak dibandingkan di anoda. 4. Proses
anodisasi
ini
akan
berlangsung
dengan
sempurna
apabila
menggunakan kondisi proses yang optimum ini dapat dilihat dari be rat logam pada akhir proses akan lebih berat.
