Teori dan praktek Seng plating alkaine degresing, acid pickling Chromate conversion
Pakde jongko 0817654 0345
KATA PENGANTAR
Diktat ini adalah diktat yang sederhana dan hanya merupakan saduran dari beberapa buku, buku, juklak juklak yang yang sudah sudah ada. ada. Di dalamn dalamnya ya ada sediki sedikitt tentan tentang g prinsi prinsip p lapis lapis listri listrik k (Elekt (Elektropl roplati ating) ng) yang yang mudah mudah untuk untuk difaha difahami. mi. Proses Proses pelapi pelapisan san seng seng dibaha dibahass sec secara ara ringkas saja, sehingga memudahkan untuk dicerna dan dimengerti.
Pemahaman menyeluruh terhadap diktat ini tidak langsung menjadikan seseorang yang ahli ahli dala dalam m lapi lapiss list listri rik k apala apalagi gi menj menjad adii ahli ahli kimi kimia, a, hanya hanya seke sekedar dar meng mengen enal al dan dan memahami prinsip dasar lapis listrik dan proses yang terkait saja.
Pada kenyataannya lapis listrik merupakan sains yang praktis maka pengetahuan know how tidak tidak dapat dapat diangga dianggap p enteng enteng karena karena pengal pengalama aman n dan eksper eksperime imen n menent menentuka ukan n keahl keahlia ian n sese seseor orang ang dala dalam m bida bidang ng ini. ini. Wala Walaup upun un meru merupak pakan an sain sainss prakt praktis is teta tetapi pi pengetahuan untuk mengembangkan dan pengetahuan dasar yang disebut know why tidak boleh dilupakan. Keduanya baik praktis maupun teoritis adalah bangunan sains yang dapat digunakan dan dimanfaatkan. Tentu saja, diktat ini tidak terlepas dari kesalahan dan kekurangan karena rumusan yang beragan dari proses finishing finishing logam. Pembaca budiman budiman dianjurkan dianjurkan membaca diktat diktat lain yang yang memb membaha ahass topi topik k yang yang sama sama.. Saran Saran dan dan kriti kritik k apapu apapun n menj menjadi adi dorong dorongan an dan tantangan penulis dengan senang hati menjadi bahan pertimbangan penulis. Diktat ini hanya untuk kalangan sendiri
ATW
DAFTAR ISI Kata Pengantar Daftar Isi Bab. I. Pendahuluan a. Pengertian Lapis Listrik b. Istilah dalam Lapis Listrik c. Hukum Faraday Bab.II. Prinsip Kerja dan Kondisi Lapis Listrik. a. Prinsip Kerja b. Kondisi Operasi Lapis Listrik Bab.III.Peralatan Lapis Listrik dan pekerjaan pendahuluan 1. Peralatan a. Rectifier ( Trafo DC ) b. Bak c. Rak dan Barel d. Pendinginan dan Pemanasan e. Penyaringan f. Pengadukan 2. Pekerjaan Pendahuluan a. Pembersihan Mekanis. b. Alkaline Degreasing. c. Acid Pickling. Bab.IV. Pelapisan Listrik ( Elektroplating ) a. Lapi Lapiss tem tembaga baga b. Lapis ni nikel c. Lapis krom d. Lapis bras rass e. Lapi Lapiss bla black ck nik nikel el f. Krom pl plastik g. Anodising h. Lapis se seng
Bab V chromate conversion coating / passivating ( lapis ubahan ) a. Yellow b. Black oli olive c. blue
BAB I PENDAHULUAN
A. PENGER PENGERTIA TIAN N DAN FUNGSI FUNGSI PELAPI PELAPISAN SAN
Lapis listrik (electroplating) adalah suatu proses pengendapan logam pada permukaan suatu logam atau non logam (benda kerja), secara elektrolisa. Endapan yang terjadi bersifat adhesif terhadap logam dasar. Dalam teknologi pengerjaan logam, proses lapis listrik termasuk ke dalam proses pengerjaan akhir (metal finishing). Adapun fungsi dari pelapisan logam adalah sebagai berikut : 1.
Memp Memper erba baik ikii pena penamp mpil ilan an (dek (dekor orat atif if)) Misa Misaln lnya ya : pela pelapi pisa san n emas emas,, pera perak, k,
kuningan, dan tembaga. 2. Melind Melindungi ungi logam logam dari dari koros korosi, i, yait yaitu; u;
Melind Melindungi ungi logam dasar dasar dengan dengan logam logam yang yang lebih lebih mulia, mulia, misaln misalnya ya : pelapisan platina, emas dan baja.
Melind Melindung ung logam logam dasar dasar dengan dengan logam logam yang yang kurang kurang mulia, mulia, misaln misalnya ya pelapisan seng pada baja
3. Meni Mening ngka katk tkan an keta ketaha hana nan n prod produk uk terh terhad adap ap gese geseka kan n (abr (abras asi) i),, misa misaln lnya ya pelapisan chromium keras. 4. Memperb Memperbaik aikii kehalusan kehalusan atau bentuk bentuk permukaan permukaan dan tolerans toleransii logam dasar, dasar, misalnya : pelapisan nikel, cromium. 5. Elektroformi Elektroforming, ng, yaitu: yaitu: membentuk membentuk benda kerja dengan cara endapan. endapan.
B. ISTILAH ISTILAH ISTI ISTILAH LAH DALAM DALAM LAPI LAPIS S LISTRIK LISTRIK
Seperti pada proses – proses metal finishing lainnya, banyak istilah yang perlu difahami sehingga dalam penerapannya akan memberikan masukan yang tepat dan jelas perbedaan antara yang satu dengan yang lainnya. Istilah tersebut antara lain adalah : 1.
Elektroda : suatu terminal dalam larutan elektrolit dimana aliran listrik mengalir
ke dan dari larutan elektrolit .
2.
Anoda : ele elektr ktroda oda posit positif if yang yang padanya padanya terjad terjadii pelepa pelepasan san ion negati negatiff dan
membentuk ion positif (terjadi reaksi oksidasi). 3.
Katoda : ele elektr ktroda oda negati negatiff yang yang padany padanyaa terjad terjadii pelepas pelepasan an ion posit positif if dan
membentuk ion negatif (terjadi reaksi reduksi). 4.
Elektrolit : zat – zat yang molukel – molukelnya dapat larut dalam air dan
terurai menjadi zat – zat (atom – atom) yang bermuatan positif atau negatif. 5.
Ion : Zat yang terurai, dimana atom atau molukelnya bermuatan listrik positif
atau negatif. Zat yang bermuatan negatif disebut anion (ion negatif) dan zat yang bermuatan listrik positif disebut kation (ion positif). 6.
Lumpur anoda (anoda slim) : sisa zat yang tidak larut dihasilkan di anoda dan
mengotorinya. 7.
Lepuh (blister) (blister) : pembengkak pembengkakan an pada bagian bagian
terten tertentu tu dari hasil hasil pelapisan pelapisan
karena daya lekat (adesi) lapisan yang kurang baik. 8.
PH : logaritma dari konsentrasi asam dengan tanda negatif. pH ini dipakai untuk
menentukan derajat keasaman suatu asam .Dalam elektroplating pH
+
berarti
juga pOH + . 9.
Inhibitor : bahan yang dapat mengurangi pemakan atau perusakan oleh asam
pada bak . Pickling (cuci asam) : suatu cara menghilangkan karatan pada benda kerja 10. Pickling
dengan larutan asam . 11. Rapat arus (current density) : jumlah arus yang mengalir perluas unit elektroda . Efisiensi arus (currant (currant efficiency) efficiency) :perbandingan 12. Efisiensi :perbandingan antara jumlah jumlah teoritis teoritis arus
listrik yang akan terpakai dengan jumlah arus listrik yang sebenarnya terpakai. Hydrogen embritlement embritlement (kerapuhan hidrogen) hidrogen) : kegetasan pada benda kerja 13. Hydrogen
akibat dari penyerapan gas hidrogen pada proses pickling dan pelapisan. 14.
Stop – off material : suatu bahan yang berfungsi menutupi hasil pelapisan.
15. Degreasing (pencucian lemak) : pembersihan permukaan logam dari minyak, lemak atau zat organik lainnya dengan dengan larutan alkalin. Brigtener (bahan pengkilap) pengkilap) : zat tambahan yang bersifat membentuk lapisan 16. Brigtener
agar lebih mengkilap atau yang memperbaiki kecemerlangan di atas endapan / lapisan .
C. HUKU HUKUM M FARA FARADA DAY Y
Dengan adanya arus listrik yang mengalir ke dalam larutan elektrolit, maka terjadilah pergerakan dan pembebasan ion-ion. Hubungan antara jumlah arus listrik yang yang meng mengal alir ir denga dengan n juml jumlah ah zat zat yang yang dibe dibebas baskan kan di dala dalam m larut larutan an ters tersebu ebutt dinyatakan oleh Michael Faraday dalam hukumnya : 1.
Juml Jumlah ah zat zat-z -zat at yan yang g terb terben entu tuk k pada pada elek elektr trod odaa pada pada suat suatu u cell cell seb seban andi ding ng
dengan jumlah arus yang mengalir . 2.
Jum Jumlah lah zat zat-zat -zat yang yang diha dihassilka ilkan n oleh oleh arus arus yan yang g sama ama dada dadala lam m cell cell yang ang
berbeda adalah sebanding dengan berat ekuivalen masing-masing zat itu . B = I. t. e F Dimana : B = Berat Berat zat zat yang yang ter terbe bent ntuk uk (gra (gram) m) I
= Jumlah arus yang mengalir (amper)
T = waktu mengalir (detik) E = Berat Berat ekivalen ekivalen zat zat yang yang dibebaska dibebaskan n (berat atom suatu suatu unsur unsur dibagi dibagi valensi unsur tersebut) Hukum faraday sangat erat kaitannya kaitannya dengan efisiensi efisiensi arus yang terjadi terjadi pada proses proses pelapi pelapisan san sec secara ara listr listrik. ik. Jika Jika dihubun dihubungkan gkan dengan dengan hukum hukum faraday faraday maka maka efisiensi efisiensi arus adalah perbandingan perbandingan berat endapan yang terjadi dengan berat endapan teoritis. Sehingga efisiensi arus dinyatakan dalam persen. Pada praktek sebenarnya hukum faraday digunakan untuk menghitung biaya pelapisan logam. Dengan hukum faraday yang menjelaskan banyaknya logam yang mengen mengendap dap besarny besarnyaa nilai nilai rupiah logam yang mengendap mengendap menjadi menjadi lebih lebih mudah mudah untuk dihitung.
BAB II PRINSIP KERJA DAN KONDISI LAPIS LISTRIK
A. PRINSIP KERJA LAPIS LISTRIK
Pelapisan logam dengan cara listrik adalah merupakan rangkaian dari sumber arus listri listrik, k, anoda anoda laruta larutan n ele elektr ktroli olitt dan katoda katoda.. Semua Semua gugusan gugusan terseb tersebut ut disusu disusun n sedemikian sedemikian rupa sehingga membentuk suatu sistem sistem lapis listrik listrik dengan rangkaian sebagai berikut: •
Anoda dihubungkan dengan kutub positif dari sumber arus listrik .
•
Katoda dihubungkan dengan kutub negatif dari sumber arus listrik .
•
Anoda dan katoda direndam dalam larutan elektrolit. Jika arus listrk dialirkan maka pada katoda akan terjadi endapan (pelapisan logam).
1. Sumber arus listrik Sumber arus listrik yang digunakan pada proses pelapisan secara listrik adalah adalah arus arus sea searah rah (DC) (DC) dengan dengan tegang tegangan an rendah, rendah, tegang tegangan an yang yang diperl diperlukan ukan berkisar antara 6-12 volt. Untuk mendapatkan arus listrik tersebut digunakan rectifier dimana arus yang dikeluarkan dari rectifier ini bersifat arus searah, tegangan rendah dan konstan serta arus yang mengalir (amper) besar dan dapat divariasikan . 2. Anoda. Adalah suatu terminal positif dalam larutan elektrolot dan terbagi dalam dua golongan, yaitu : a.
Anoda Anoda yang yang larut larut (solub (soluble le anoda), anoda), contoh contohnya nya anoda anoda nikel nikel dan anoda anoda zinc zinc..
b. b.
Anod Anodaa yang yang tida tidak k laru larutt (uns (unsol olub uble le anoda anoda)) cont contoh ohny nya; a; anoda anoda Pb pada pada
pelapisan
kromium.
Anoda Anoda yang yang tidak tidak larut larut berfungs berfungsii sebagai sebagai penghant penghantar ar arus arus listr listrik ik saj saja, a, sedangkan anoda yang larut berfungsi selain penghantar arus listrik juga sebagai bahan baku pelapis.
3. Larutan elektrolit Laruta Larutan n ele elektr ktroli olitt dapat dapat dibuat dibuat dari asam, basa basa ata atau u garam. garam. Tiap Tiap jenis jenis pelapisan, larutan elektrolitnya berbeda beda tergantung jenis logam pelapisnya maupun sifat–sifat elektrolit yang diinginkan. Sebagai contoh pelapisan tembaga, larutan elektrolit yang digunakan dari garam CuSO4 dan air H2O. Larutan akan terurai seperti berikut ini : CuSO4
↔
Cu++ + SO4 ¯
H2O
↔
H+ + OH ¯
4. Katoda Pada Pada prose prosess lapi lapiss list listri rik k , kato katoda da dapa dapatt diart diartik ikan an sebag sebagai ai benda benda kerj kerjaa (garapan) yang akan dilapis. Maka garapan bertindak sebagai katoda atau bersifat penerima ion. Untuk lebih jelasnya rangkaian sistem lapis listrik tersebut diatas dapat dilihat pada gambar dibawah ini
V o l t
Sumber arus
Anoda Katoda Gambar 1.Rangkaian Proses Lapis listrik
Untuk menjelaskan proses kerja pelapisan, dimisalkan pelat baja yang akan dilapis dengan tembaga Cu . Larutan tembaga yang akan digunakan adalah CuSO4 dan air H2O. Anoda dan katoda (garapan) dimasukkan dalam larutan elektrolit tersebut dan dialiri arus lstrik searah dimana anoda dihubungkan ke kutub positif dan katoda ke kutub negatif, maka akan terjadi perbedaan potensial antara katoda dan anoda. Dari proses tersebut logam tembaga akan terurai kedalam larutan elektrolit yang juga mengandung ion-ion tembaga, tembaga, kemudian kemudian melalui melalui larutan larutan elektrolit elektrolit ion-ion
tembaga tembaga akan akan terbaw terbawaa dan mengend mengendap ap pada permukaan permukaan katoda katoda (garapan (garapan)) dan berubah menjadi atom tembaga. Agar lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.
Pelat baja
Tembaga
Gambar. 2. Proses lapis listrik
Dengan demikian disini terjadi reaksi reduksi ion tembaga menjadi logam tembaga, menjadi logam tembaga . CuSO4
↔
Cu++ + SO4 ¯
H2O
↔
H+ + OH ¯
Cu++ + 2e → Cu↓ Kuper Sulfat
: Cu SO4 (trusi)
Formalin
: Cu
Sedangka Sedangkan n ion-ion ion-ion H+ seba sebagi gian an kecil kecil akan akan menge mengend ndap ap pada pada benda benda kerja kerja dan dan sebagian besar akan menguap menjadi gas H2. H+ + 2e → H H + H → H2 Hidrogen ( H ) yang mengendap inilah yang perlu diperhatikan karena gas tersebut akan menyebabkan cacat lapisan yang biasa disebut “ Hydrogen embrittlement”.
Gambar.3. Reaksi yang terjadi sewaktu pelapisan
Pada anoda terjadi reaksi : Cu - 2e ¯ → Cu++ 4OH - 4e ¯ →2H2O + O2
B. KONDISI OPERASI LAPIS LISTRIK
Kondisi Kondisi operas operasii lapis lapis listri listrik k dalam dalam operasi operasi pelapi pelapisan san perlu perlu diperha diperhatik tikan, an, karena
kondisi kondisi operasi operasi sangat menentuka menentukan n berhasil atau atau tidaknya tidaknya proses pelapis pelapisan, an,
serta mutu pelapisan yang dihasilkan. Kondisi – kondisi yang perlu diperhatikan adalah : 1. Rapat (current density) density) Rapat arus ada dua jenis / macam yaitu rapat arus katoda (cathode current density) dan rapat arus anoda (anoda current density). Dalam proses lapis listrik, rapat arus yang diperhitungkan ialah rapat arus katoda, yaitu banyaknya arus listrik yang dientukan untuk mendapatkan atomatom logam pada tiap satuan barang (garapan) yang akan dilapis. Satuan rapat arus ini dinyatakan dalam Amp/dm2 atau Amp/in2 atau Amp/ft2. 2. Tegangan (voltage) Tegangan arus dalam proses lapis listrik dinyatakan dalam kondisi yang konstan yaitu tegangan tidak akan terpengaruhi oleh besar kecilnya amper. V I = -----R Dimana :
I = banyaknya arus ( amper ) V = tegangan ( volt ) R = tahanan
Sehi Sehing ngga ga untuk untuk memv memvari ariabe abelk lkan an ampe amper, r, maka maka yang yang diva divari riab abel elka kan n hanyalah tahanannya saja, sedangkan voltnya tetap. 3. Suhu Larutan Suhu laruta larutan n dapat dapat mempeng mempengaruh aruhii mutu mutu lapisa lapisan, n, sebaga sebagaii contoh contoh pada pelapian chromium (Cr) dekoratif. Bila suhu larutan lebih rendah dari 45 ºC pada rapat arus 20 Amp/dm2, maka akan didapat lapisan chrom yang suram. Untuk itu
rapat arus perlu diatur sedemikian rupa , sehingga mendapatkan lapisan sesuai dengan keinginan. 4. pH Larutan pH dipakai untuk menentukan derajat keasaman suatu larutan elektrolit dan dalam operasi lapis listrik pH berarti juga pOH. pH Larutan dapat diatur dengan alat ukur pH meter atau pH colourimete. Tujuan menentukan pH ini untuk melihat atau memeriksa kemampuan larutan dalam menghasilkan lapisan yang lebih baik.
BAB III PERALATAN LAPIS LISTRIK DAN PEKERJAAN PENDAHULUAN (PRE TREATMENT)
A. PERALATAN LAPISANLISTRIK Peralatan utama yg diperlukan pada lapis listrik antara lain yaitu: 1. Rectifier Rectif Rectifier ier merupa merupakan kan peralat peralatan an utama utama dalam dalam proses proses pelapi pelapisan san sec secara ara eletronik yang berfungsi sebagai sumber arus searah (DC) dan penurun tegangan. Pada saat sekarang ini rectifier sudah cukup efisien karena amper meter dan tahanan variabel berbentuk kesatuan dalam rectifier. Ada dua macam rectifier yang banyak digunakan industri - industri lapis listrik. yaitu: rectiafier selenium dan rectifier slikon 2. B a k Bak diperlukan untuk menampung atau tempat larutan elektrolit, larutan pencuci dan air pembilas. Bahan bak tergantung pada larutan yang ditampungnya dan diutamakan tahan terhadap akan terjadinya pengkaratan serta tahan pada suhu tertentu. Biasanya bahan bak terbuat dari baja yang bagian dalamnya di lapisi plastik, karet, FRT (glasfiber Remforced Polyster resin) atau semua terbuat dari PVC (Polyvinil Chloride Resin). 3. Rak atau Barrel Rak Rak atau atau barre barrell berfu berfung ngsi si seba sebaga gaii temp tempat at baran barang g yang yang akan akan dila dilapi pisi si (katoda). Barrel biasanya digunakan untuk produk ukuran kecil, misalnya: baut, mur dan lain-lain. Bentuk dan ukuran barrel ini telah mempunyai standar tertentu sesuai dengan kapasitas barang yang akan dilapis. Adapun rak biasanya digunakan untuk produk-produk berukuran besar dan bentuknya tergantung pada barang yang akan dilapis. Sedangkan bahan untuk rak ini digunakan bahan-bahan seperti tembaga, baja dan titanium.
B. PEKERJAAN PENDAHULUAN (PRE TREATMENT)
Secara garis besarnya proses lapis listrikdapat dibagi dalam tiga tahap yaitu: - Tahap Tahap I
: prose prosess penger pengerjaa jaan n pendahu pendahulua luan n
- Tahap II : proses proses pengerjaan pengerjaan lapis lapis listrik listrik - Tahap III : proses pengerjaan pengerjaan akhir akhir Dari urutan tersebut jelaslah bahwa sebelum melakukan proses pelapisan dan untuk mendapatkan hasil lapisan yang baik , maka logam dasar (benda kerja yang akan dilapis) harus bersifat bersih dalam arti bebas dari karat, minyak, cat dan pengotor pengotor lain sehingga sehingga perlu dilakukan dilakukan pekerjaan pekerjaan pendahuluan pendahuluan / persiapan persiapan yaitu sebagai berikut: 1. Pembersih secara mekanis Peke Pekerj rjaa aan n
ini ini
bert bertuj ujua uan n
unt untuk
mengh enghal alus uska kan n
perm permuk ukaa aan n
dan dan
mennghilang mennghilangkan kan goresan-goresa goresan-goresan n dan geram-geram geram-geram yang masih melekat melekat pada benda kerja. Biasanya untuk menghilangkan goresan-goresan dan geram tersebut dilakukan dengan pekerjaan buffing yang prinsipnya seperti mesin gerinda, akan tetapi roda polesnya yang berbeda yaitu terbuat dari bahan katun, kulit, laken dan sebagainya. Proses pengerjaan ini tergantung pada kondisi benda kerja itu sendiri kadang-kadang memerlukan proses lain misalnya : brushing dan sebagainya. 2. Pencucian dengan alkalin (Degreasing) Pekerjaan ini bertujuan untuk membersihkan benda kerja dari lemak atau minyak tersebut sangat mengganggu pada proses pelapisan, karena mengurangi daya hantar listrik atau mengurangi kontak antara lapisan dengan logam dasar. pencucian dengan alkalin digolongkan ke dalam dua macam cara, yaitu dengan dengan cara biasa biasa (alkal (alkalin in degreas degreasing ing)) dan dengan dengan cara ele elektr ktro o (elect (electrol roliti iticc degreasing). Pencuci Pencucian an sec secara ara biasa adalah adalah dengan dengan cara merenda merendamka mkan n benda benda kerja kerja kedalam larutan alkalin dalam keadaan panas dalam 5-10 menit dan lamanya pencelupan harus disesuaikan dengan kondisi permukaan benda kerja. Seandainya lemak atau minyak yang menempel lebih banyak , maka dianjurkan lamanya pencelupan ditambah hingga permukaan bersih dari noda-noda tersebut. Benda
kerja yang dicuci dikatakan bersih, dapat dilihat setelah barang tersebut dibilas dengan air, maka air yang menempel akan terlihat bersatu. Larutan alkalin yang banyak digunakan adalah larutan alkalin yang hanya dibua dibuatt dari dari penca pencamp mpura uran n Na NaOH OH (caus (causti ticc soda) soda) denga dengan n air air bers bersih ih denga dengan n perbandingan 60 gram : 1 liter tetapi kecepatan dan hasil pencucian kurang begitu baik, sehingga kini industri-industri lapis listrik banyak menggunakan larutan jenis ini dengan komposisi seperti pada 1 tabel dibawah ini:
Tabel 1 Komposisi Larutan pencuci dengan Alkalin (Alkalindegreasing) untuk Besi/Baja Bahan kondisi
9/1 1
2
3
4
5
6
7
8
20-40
20-30
50
-
-
32.5
62.5
37.5
-
15-20
50
-
-
25
-
-
-
-
-
25
37.5
12.5
-
9.5
0-10
-
-
25
27.5
2.5
37.5
6.5
1-3
1-2
1-2
-
-
0.75
-
1.5
60-80
60-80
60-80
60-80
60-80
60-80
60-80
BAHAN - Caustic Soda (NaOH) - Sodium Carbonat (Na2CO3) - Sodium Arthosilicat (Na4SiO4) - Sodium Metasilicat (Na4SiO3) - Sodium phosphat (Na2PO4) KONDISI - Temperatur °C
30100
Pencucian secara elektro bertujuan selain akan didapatkan hasil pencucian yang yang
lebih lebih bersih bersih juga juga mening meningkat katkan kan kecepat kecepatan an pencuci pencucian. an. Prinsi Prinsip p kerjany kerjanyaa
deng dengan an meng menggu guna naka kan n arus arus list listri rik k dan dan kato katoda da maup maupun un anod anodan anya ya dipa dipaka kaii lempengan carbon. Bila barangnya yang akan kibersihkan ditempatkan pada arus positif (anoda) maka prosesnya disebut anoda cleaning, begitu pula sebaliknya. Adapun komposisi dan kondisi larutan pencuci alkalin untuk pencucian secara elektrolitik diperlihatkan pada tabel berikut ini :
Tabel 2 Komposisi dan kondisi larutan pencuci secara Elektro (Elektrolytic Degreasing) untuk Besi/Baja
9/1 Katoda Cl Cleaning
Anoda Cl Cleaning
- Caustic Soda (NaOH)
20-30
7.5-15
- Sodium Carbonat (Na2CO3) - Sodium Arthosilicat (Na4SiO4) - Sodium Metasilicat (Na4SiO3) - Sodium phosphat (Na2PO4) KONDISI
30-50 10-20 1-2
30-45 15-30 1-2
- Temperatur °C
60-80
60-80
- Current Density A/dm ²
10
10
- Waktu pencelupan (menit)
1-2
1-2
Bahan kondisi BAHAN
Setelah proses ini selesai dikerjakan kemudian barang tersebut yang akan dilapis, dibilas dengan air bersih dan setelah dibilas barang sudah dapat melangkah pada proses berikutnya.
3.
Pencucian dengan Asam (Pickling)
Pencucian dengan asam adalah bertujuan untuk membersihkan permukaan benda kerja dari oksida atau karat dan sejenisnya secara kimiawi melalui pencelupan. Larutan asam (pickling) ini diperoleh dari pencampuran air bersih dengan asam , antara lain yaitu: a. Asam chlorida (HCL) b. Asam sulfat (H2SO4)_atau c. Campuran H2SO4 dan asam Fluorida (HF) Reaksi pickling sebetulnya adalah elektrokimia dalam sel galvanis antara logam (anoda) dan (oksida). (oksida). Gas H2 yang timbul timbul dapat mereduksi mereduksi Ferrioksida Ferrioksida menjadi menjadi Ferro oktor yang mudah larut. Dalam reaksi ini biasanya diberikan inhibitor agar reaksi tidak terlalu cepat dan menghasilkan pembersihan yang merata.
Ada dua jenis bahan inhibitor yang dikenal yaitu: - Bahan Bahan organik organik alam (natur (natural al organic organic)) yaitu yaitu gelati gelatine, ne, lumpur, lumpur, minyak, minyak, sfhal sfhaltum tum,, sulfonate,coal tar, wood tar dan sebagainya. - Bahan organik sintetis sintetis (synthetic (synthetic organic) organic) yaitu: thioaldehyde thioaldehyde,, pyridine, quinidine, quinidine, aldehyde dan sebagainya.
Untuk logam dasar baja umumnya menggunakan asam chlorida (HCL) dengan kondisi sebagai berikut: - Konsentrasi
HCL
: 3-12% x Volume
- Suhu operasi
: 40º C
- Lama pencelupan
: 5-15 menit
Jika Jika kondisi kondisi oksida oksida benda kerja lebih berat, berat, maka maka konsent konsentrasi rasi asam chlorid chloridaa dinaikkan menjadi menjadi 30% dari berat. Adapun keuntungan menggunakan larutan asam chlorida adalah: -
Menghasilkan keseragaman permukan pada benda kerja baja
-
Mudah dibilas
-
terjadinya over pickling lebih kecil
-
Operasinya lebih mudah.
dapat dapat
Seperti diketahui diketahui lapisan lapisan oksida umunya umunya terdiri terdiri dari beberapa ikatan, ikatan, yaitu yaitu bagian luar adalah Fe2O3. Dengan demikian sewaktu pencucian akan terjadi reaksireaksi sebagai berikut : Fe2 O3 + 2 HCL
2 FeCL2 + 3 H2O
Fe3O4 Fe3O4
+ 8 HCL
2 FeCL2 FeCL2 + FeCL2 FeCL2 + 4 H2O
FeO
+ 2 HCL
FeCL2
+ H2O
Fe
+ 2 HCL
FeCL2
+ H2
Bila Bila meng menggun gunak akan an larut larutan an asam asam sulf sulfat at (H2SO (H2SO4) 4) , maka maka kondi kondisi siny nyaa untu untuk k pencucian baja adalah: Konsentrasi H2SO4
:10 – 40% x volume
Suhu operasi
: 60 – 90 °C
Waktu pencelupan
: 5 -15 menit
Keuntungan menggunakan asam sulfat adalah: - Ongkos lebih murah - Pencemaran bau rendah/kecil Adapun reaksi-reaksi reaksi-reaksi yang terjadi terjadi pada saat saat pencucian pencucian adalah adalah sebagai sebagai berikut berikut ini: Fe2O3 + 3 H2SO4
Fe2 (SO4)3 + 3 H2O
Fe3O4 + 4 H2SO4
FeSO4 + Fe2 (SO4)3 + 4 H2O
FeO + H2SO4
FeSO4 + H2O
Fe + H2SO4
FeSO4 + H2O
Untuk Untuk barangbarang-bara barang ng baja/b baja/besi esi cor yang yang mengand mengandung ung sisa-s sisa-sisa isa pasir pasir dapat dapat digunakan larutan campuran dari asam sulfat dan asam fluoboric, sebab larutan ini dapat berfungsi selain untuk menghilangkan oksida/serpihan juga dapat membersihkan sisa-sisa pasir yang nempel pada benda kerja, sedangkan komposisi dan kondisi operasinya adalah seperti pada tebel 3 dibawah ini .
Tabel 3 Komposisi dan Kondisi Operasi Pencucian dengan H2SO4 dan HF
Bahan Asam sulfat (H2SO4) Asam fluoboric (HF) Temperatur Waktu Pencelupan
Komposisi/Kondisi 5 - 7% 7% x vo volume 3 - 5% 5% x volume 50 - 58°c 4 jam
setelah proses pencucian (pickling), maka benda kerja dibilas dengan air bersih dan selanjutnya melangkah keproses selanjutnya ,yaitu proses pelapisan. pe lapisan.
Benda kerja yang telah mengalami proses lapis listrik (pelapisan), perlu dibilas, dicuci bersih dan kemudian kemudian dikeringkan. dikeringkan. kadang-kadang kadang-kadang dilakukan dilakukan proses lanjut seperti dipasifkan (pasiffating) atau diberi lapis pelindung yang transparan.
Bab.IV. Pelapisan Listrik ( Elektroplating ) a. Lapi Lapiss tem tembaga baga b. Lapis ni nikel c. Lapis krom d. Lapis bras rass e. Lapi Lapiss bla black ck nik nikel el
f. Krom pl plastik g. Anodising
Bab V Lapis seng ( Zinc Plating )
Seng Seng adala adalah h logam logam yang yang termu termurah rah yang yang dapa dapatt dipak dipakai ai untuk untuk meli melind ndun ungi gi baja baja/b /bes esii
dari dari sera serang ngan an koro korosi si..
Bias Biasan anya ya pros proses es
dilaksanakan dengan cara celup panas (galvanisasi). Substrat baja dapat dapat dilapis dilapis secara secara listrik listrik dengan dengan menggu menggunaka nakan n seng sebagai
pelapis (elektro galvanizing), galvanizing), tetapi perlakuan larutan elektrolitnya terhitung kurang begitu penting dalam hubungannya dengan celup panas/galvanisasi panas/galvanisasi pada ketahanan ketahanan logam. Meskipun demikian para ahli yakin yakin bahwa bahwa elektro elektro galvanis galvanisasi asi mempun mempunyai yai kemungk kemungkinan inan-kemungkinan dalam penggunaannya dikemundian hari. Tabel 5.1Sifat-sifat seng : -
Nomor atom Berat atom Tara kimia, g/A.h Titik leleh Kerapatan g/cm3 Struktur kristal Resistivitas listrik Potensial standar, E°, 25°C, V
30 65. 37 1.22 419.5 7.133 hcp 5.92 - 0.7628
Fung Fungsi si pelap pelapisa isan n seng seng adala adalah h sebaga sebagaii anod anoda a terhad terhadap ap logam logam ferro merupakan cara untuk melindungi logam tersebut terhadap serangan korosi dan menambah keindahan keindahan permukaan permukaan logam. Mengingat Mengingat sifat sifat seng lebih anodik dari pada logam ferro, maka sistem sistem
perlind perlindung ungan an
dengan dengan menggun menggunakan akan seng mempuny mempunyai ai
beberapa beberapa sifat yang menguntungkan menguntungkan bila dibandingkan dibandingkan dengan yang yang
tidak tidak dilind dilindungi ungi..
Adapun Adapun
logam logam ferro ferro yang yang
dilindu dilindungi ngi
dengan logam seng keuntungannya sebagai berikut : 1. Sebagai pelindung terhadap serangan korosi. 2.Mendapat sifat permukaan benda yang lebih menarik dari pada permukaan logam dasarnya. 3. Memperbaiki permukaan benda yang dilapis. Metoda pelapisan seng dengan cara listrik adalah pelapisan yang menggu menggunaka nakan n arus arus listrik listrik searah. searah. Cara kerjany kerjanya a mirip mirip dengan dengan poles elektrolisa, dimana logam pelapis (seng) bertindak sebagai anoda,
sed sedang ang
logam
dasar sarnya
seb sebaga agai
kato katod da.
Car Cara
ini ini
mempu mpunyai yai
berbag rbagai ai
keu keuntun tungan
disamp sampiing
ker kerugian ian.
Keuntungan tersebut antara lain - Lapisan relatif tipis - Ketebalan dapat dikontrol - Tidak memerlukan memerlukan temperatur yang tinggi sehingga struktur struktur dan phasa dari benda dasar tidak berubah. - Permukaan lapisan lebih halus - Hemat dilihat dari pemakaian logam seng Kerugian-kerugian dalam proses lapis listrik seng antara lain: - Ukuran dan desain terbatas - Memerlukan sumber listrik arus searah - Terbatas pada benda-benda kerja yang konduktor - Perlu Perlu diper diperha hatik tikan an adany adanya a pence pencema maran ran dari dari laruta larutan n atau atau gas gas yang ditimbulkan Pelapisan seng secara garis besar dapat dibagi menjadi 3 (tiga) kelas besar yaitu : 1. Bak larutan sianid 2. Bak larutan alkali 3. Bak larutan asam keti ketiga gany nya a
dipe diperg rgun unak akan an
untu untuk k
tuju tujuan an
dan dan
maks maksud ud-m -mak aksu sud d
tert terten entu tu baik baik untu untuk k kepe keperl rlua uan n deko dekora rasi si tuju tujuan an prot protek eksi si dan dan fung fungsio sioni nil. l. Bak Bak asam asam serin sering g digu digunak nakan an pada pada prot proteks eksii bara barang ng keras, keras, kawat kawat dan lebih lebih digunak digunakan an untuk untuk tujuan tujuan fungsion fungsionil. il. Bak alkali dan bak sianid mempunyai kegunaan selain untuk protektif juga dekoratif. Masing-masin sing
larutan
terseb sebut
mempunyai
beberapa
keuntungan dan kekurangan. Untuk larutan alkalin sianid ini ada beberapa keuntungan dibanding jenis elektrolit yang lain yaitu: - mudah dikontrol - mudah perawatannya
- berdaya lontar tinggi - kondisi operasi luwes Sedang Sedang kekurang kekurangann annya ya adalah adalah limbah limbah pekat pekat sianid sianid yang yang amat beracun dan merusak lingkungan hidup. Pada Pada bak sianida sianida seng, seng, reaksi-r reaksi-reaksi eaksi setimban setimbangny gnya a agak agak rumit yaitu : ZnO + 4CN- + H2O Zn (CN)2 + 2 CN-
Zn (CN)4-- + 20HZn (CN)4 --
Zn (CN)4 -CN-
Zn(CN) 2 + 2CN-
Zn (OH)4 -` 4 OH- + Zn (CN)2 2 OH- + ZnO + H2O
Zn4++ + 4OH-
Zn++ + 4
Zn (OH)4 -- + 2CNZn(OH)4—
Menging Mengingat, at, kenyata kenyataan an seng mempuny mempunyai ai sifat anodik anodik atau potensi potensial al elektrod elektrodanya anya terlalu terlalu negatif negatif
sehingg sehingga a dalam proses proses
pelapisan dimana seng bertindak sebagai anoda, seng lebih cepat melarut (teroksidasi) sehingga terjadi ketidakseimbangan antara terlal terlalu u banya banyakn knya ya atom atom loga logam m yang yang terok teroksid sidasi asi pada pada anod anoda a dengan jumlah atom logam yang tereduksi / mengendap pada katod katodan anya. ya. Denga Dengan n mengg menggun unaka akan n ratio ratio perba perband nding ingan an antar antara a agen agen-ag -agen en komp komplek leks-h s-hid idro roksi ksida da dan sianid sianid serta serta konsen konsentr trasi asi seng seng,,
kese keseti timb mban anga gan n
ini ini
dapat apat
terk terkon ontr trol ol
dan dan
dida didapa patk tkan an
kesempurnaan hasil pelapisan. Rasio perbandingan antara agen-agen kompleks hidroksida dan sianid serta konsentrasi seng adalah sebagai berikut : (NaCN) + (NaOH) 1.
=(
) = normal
ZnCCN)2) 2. NaCN/Zn atau NaOH/ZN, konsentrasi dalam gram per liter g/l Seng dan senyawanya relatif tidak beracun namun bukan untuk ikatan ionnya yang beracun seperti sianid. Tingkatan yang
lebih rendah dari logam seng dapat mengandung racun timbal dan dan kadm kadmiu ium. m. Seny Senyaw awa a seng seng rela relati tiff dapa dapatt digu diguna naka kan n pada pada produk-produk kosmetika dan obat-obatan urap / salep sebagai pembungkusnya. Maka Makana nan n yang yang asam asam / bers bersif ifat at asam asam tida tidak k diha diharu rusk sksn sn disi disimp mpan an dala dalam m kale kaleng ng seng seng atau atau yang yang dila dilapi pis s seng seng.. Pros Proses es pengolahan akhir pelapisan seng. Untuk tahap akhir dari proses pelapisan ini dapat dilakukan deng dengan an prose proses s Nitra Nitrasi si dan dan Chrom Chromata atasi si yang yang bertu bertujua juan n untuk untuk mendapatkan sifat yang tahan terhadap korosi dan menambah keindahan dari logam lapisan / salutan dengan cara:
Tabel 5.2 Bath seng sianida g/l Komposisi Decorasi Proteksi Seng 20 - 45 45 - 60 Total NaCN 50 - 140 90 - 150 Total NaOH 60 - 120 90 - 140 Na2CO3 20 -120 30 - 75 Rasio NaCN/ZN 2.5 - 3.1 2.0 - 2.5 Rapat Rapat arus arus katod katoda a 100 - 900 100 - 900 A/m² Rapa Ra patt arus arus anod anoda a 30 - 450 30 - 450 A/m² Temperatur, °C 20 - 50 20 - 50 - Nitrasi Adalah suatu proses untuk mendapatkan hasil pelapisan yang lebih mengkilap setelah benda kerja mengalami pelapisan yaitu
dengan jalan dicelupkan dalam larutan HNO 3 - 1,2 % selama 3-7 detik. - Kromatasi Merupakan proses pelapisan tambahan dengan cara kimia, dan mengalami proses kimia ini pada logam yang telah dilapis akan terben terbentu tuk k lapis lapisan an baru baru yang yang tipis tipis dan dan lebih lebih tingg tinggii ketah ketahana anan n koro korosin sinya ya serta serta lapisa lapisan n ini ini berw berwarn arna a pelan pelangi gi ataup ataupun un putih putih kebiru-biruan. kebiru-biruan. Proses ini pada pelapisan seng biasanya dilakukan dengan mencelupkan benda kerja dalam larutan tersebut terdiri dari : - Asam sulfat (H2SO4) - Potassium kromat (K 2CrO3)
5% 3%
- Air Lapi Lapisa san n seng seng yang yang akan akan di chro chroma mata tasi si haru harus s memp mempun unya yaii keteb ketebal alan an yang yang tingg tinggii supay supaya a tidak tidak rusak rusak (lapi (lapisan san sengn sengnya ya habis) pada waktu pencelupan
Bab VI Chromate Conversion Coating / passivating ( lapis ubahan )
Lapis Lapis ubah ubahan an adala adalah h lapi lapisan san yang yang dihasi dihasilk lkan an secara secara kimia kimia atau atau elektr elektrok okimi imia a pada pada perm permuk ukaan aan loga logam m yang yang membe memberik rikan an lapisa lapisan n tambahan mengandung senyawa logam misalnya pelapisan kromat diatas seng dan kadmium dan oksida pada baja. Juga lapisan anodik pada alumunium.
Pada Pada dasa dasarn rnya ya seti setiap ap loga logam m yang yang diek dieksp spos os dite ditemp mpat at terb terbuk uka a dengan sendirinya mempunyai mempunyai lapis ubahan terbentuk secara kimia dimana penyusunnya merupakan atmosfer dari logamnya sendiri. Istilah lapis ubahan itu sendiri untuk proses kimia praktis terbatas pada proses kimia kimia dan eleklro eleklrokimi kimia a yang disengaja disengaja oleh praktisi praktisi dalam dalam syarat syarat dan kondisi kondisi yang terkontrol. terkontrol. Diantar Diantara a proses proses lapis lapis ubahan adalah : - Kromating untuk seng dan cadmium. - Posfating untuk dasar pengecatan logam. - Finishing oksida hitam untuk besi dan baja. - Colouring untuk tembaga dan paduan tembaga. Sebagai penutup dari proses lapis ubahan adalah laquering yang jug juga a diba dibaha has s dala dalam m bab bab yang yang sama sama.. Krom Kromat atin ing g dan dan posfa posfati ting ng sangat sangat berg bergun una a dalam dalam metal metal finish finishin ing g tetapi tetapi resep resep dan dan kond kondisi isi operasi banyak didapat dari pemilik merk dagang. a. Kromating Kromati Kromating ng dapat dapat diguna digunakan kan pada pada endapan endapan seng, seng, kadmium kadmium
,perak ,tembaga, kuningan dan timah. Baik Juga untuk alumunium, sen seng
ceta etak,
barang ang
celu celup p
galva alvan nis
yang ang
lazim azimn nya
deng engan
pencelupan sederhana dalam larutan air. Kromating pada seng dan kadmium menghambat lalu korosi. Lapi apisan san beri erisi oksid sida heks heksav aval alen entt pelapisan
dala dalam m bening
logam
band bandin inga gan n yang
dasar sar
dan
krom rom
yang yang bera beraga gam, m,
hanya
mengandung
tri trivalen alentt
dan
kecu kecual alii
untu untuk k
sedikit
krom
heksavalent. Dipahami bahwa lapisan kromat dalam kondisi yang biasa biasa lama-k lama-kel elama amaan an berub berubah ah.. Peru Perubah bahan an terseb tersebut ut bertam bertamba bah h denga dengan n tempe temperat ratur ur.. Pada Pada suhu suhu diata diatas s 65°C 65°C peru perubah bahan an nampa nampak k sangat cepat.
Kromat Kromatin ing g pada pada seng seng dikel dikelom ompo pokka kkan n menjad menjadii tiga tiga jenis: jenis: beni bening ng,,
irid iridis isce cen, n,
dan dan
berw berwar arna na..
Juga Juga
seba sebaga gaii
perl perlin indu dung ngan an
maks maksim imum um adal adalah ah warn warna a oliv olive e drab drab yang yang digu diguna naka kan n dalam alam peralata peralatan n militer. militer. Dibawah Dibawah ini adalah adalah analisa analisa jenis jenis selaput selaput krom krom pada seng. Persen Cr (IV) Equivalent CrO4SO42Cr (III) Equivalent Cr2O3 Zn2+ Na Air Lain-lain
8,7 19,4 3,3 28,2 41,8 2,1 0,3 19,0 14,1
Lapis kromat terbentuk dari reaksi kimia antara permukaan logam logam dan dan krom krom heksa heksaval valent ent (valen (valensi si 6) dalam dalam laruta larutan. n. Loga Logam m teroksidasi dari Cr(VI) tereduksi menjadi Cr(III). Selama proses pH cairan naik hal ini menyebabkan Cr(III) terpresipitasi sehingga pada permu permuka kaan an terbe terbentu ntuk k suatu suatu gel yang yang mana mana menj menjeba ebak k sebag sebagian ian Cr(IV) dari larutan. Kebany Kebanyaka akan n lapis lapis ubah ubahan an mengan mengandu dung ng agen agen pemb pembasa asah, h, membantu reaksi menjadi lebih seragam mengurangi drag-out dan menjaga menjaga pengoto pengotoran ran selama selama perpind perpindahan ahan terhadap terhadap pembilas pembilasan an awal. Siklus pengendapan pada seng, kadmium, perak dan tembaga yang dikromat seperti dalam penjelasan berikut :
1. 2. 3. 4. 5.
Siklus kromating Lapis listrik. Bilas air dingin. Bilas air dingin. Netralisasi. Bilas air dingin.
Kontrol untuk kromating
6. Kromating. 7. Bilas air dingin. 8. Bilas air dingin. 9. Bilas air panas. 10. Keringkan.
Waktu, suhu, pH dan konsentrasi adalah faktor prinsip yang menentukan keberhasilan operasi kromating. Waktu antara 10-30 detik, detik, suhu antara 24-35
O
C, pH kurang dari 0-2.8 , Konsentrasi
ditentukan oleh pemilik merk dagang. Selaput kromat adalah gel yang amorfus yang akibatnya akibatnya sensitif sensitif terhadap terhadap panas, panas
yang
berlebihan mendehidrasi gel dan mengakibatkan penampilan rusak. b. Posfating Terutama digunakan sebagai alas sebelum pengecatan atau
digunakan untuk pelumasan selama penggambaran dan menambah ketahan ketahanan an korosi. korosi. Proses Proses kerja kerja posfating posfating masih masih menjadi menjadi rahasia rahasia merk dagang. Apab Apabil ila a perm permuk ukaa aan n loga logam m sepe sepert rtii besi besi diek dieksp spos os dala dalam m lingkungan yang korosif dalam keadaan asam, permukaan logam terlar terlarutk utkan an dan dan terben terbentu tuk k prod produk uk koro korosi si yang yang takla taklaru rut. t. Prod Produk uk tera terakh khir ir
menj menjad adii
end endapan apan
dipe diperm rmuk ukaa aan n
loga logam. m.
Asam Asam
fosf fosfat at
mempunyai keunggulan dan kelebihan sifat seperti itu. Besi fosfat yang terbentuk karena proses korosi terendapkan permukaan besi dalam bentuk kristal besi fosfat mempunyai kecenderungan untuk melindu melindungi ngi permuka permukaan an dari dari serangan serangan lebih lanjut lanjut dan juga juga lebih lebih menonjo menonjoll sebagai sebagai permukaa permukaan n yang rekat untuk untuk pengecat pengecatan an atau pelapisa pelapisan n organik organik.. Kenyata Kenyataann annya ya prodak prodak fosfat fosfat dapat dapat merupa merupakan kan campuran garam seperti seng, mangan. Walaupun lapisan fosfat lebi lebih h baik baik untu untuk k alas alas cat cat teta tetapi pi keru kerugi gian an kond konduk ukti tifn fnya ya haru harus s dipertimbangkan. Lapisan fosfat memperlambat laju korosi logam dibawahnya sehingga menjadi tanggul aliran arus korosi. Ada tiga jenis lapisan fosfat yaitu besi fosfat, seng fosfat dan mangan fosfat. Yang paling sederhana adalah besi fosfat karena logam dasar sebagai pensuplai kation untuk pembentukan selaput fosfat. fosfat. Besi dan seng fosfat dipakai dipakai bersama dengan semprotan semprotan
atau pencelup pencelupan. an. Mangan Mangan fosfat fosfat penggu penggunaan naannya nya hanya hanya dengan dengan pencelupan saja. Produk lapisannya antara lain : Fe3 (PO4)2.8H2O dan Fe3O4 Sedang untuk seng dan mangan produknya adalah : Zn2Fe (PO4)2.4H2O dan Zn3Fe (PO4)2.4H2O Kondisi fosfat yang terbaik pada pH.3,1 - 3,4 Kegunaan fosfating
-
Posfa Posfatt besi, besi, Untuk Untuk melind melindun ungi gi filin filing g kabinet kabinet,, mebel, mebel, dan seba sebaga gaii alas pengecatan.
-
Posfat sfat sen seng, Unt Untuk persi rsiapan auto mob mobil dan bodi tru truk dan penerapan sebelum pengecatan.
-
Posf Posfat at manga angan, n, Untu Untuk k perm permuk ukaa aan n gese geseka kan n dan lake lakerr sep seperti erti pada ring piston, gear, tidak untuk alas pengecatan.
