ANALISIS LAJU KOROSI MATERIAL AlMg 2 DAN SS304 DALAM LINGKUNGAN AIR KOLAM PENYIMPANAN BAHAN BAKAR BEKAS (ISSF)
DASAR TEORI A Koros
Korosi merupakan degradasi logam yang disebabkan oleh reaksi kimia atau elektrokimia dengan lingkungannya. Proses ini terjadi karena adanya kecenderungan suatu logam untuk kembali ke keadaan yang lebih stabil. Mekanisme proses korosi logam dalam air berlangsung secara elektrokimia yang terjadi secara simultan pada daerah anoda dan katoda yang membentuk rangkaian arus listrik tertutup. 1. Reaksi pada daerah anoda (oksidasi logam / korosi logam)
M → M n+ + ne- (1)
2. Reaksi pada daerah katoda (reduksi) a. Lingkungan asam
Tanpa O2 : 2H+ + 2e-→ H2 (2)
Dengan O2 : 4H+ + O2 + 4e- → 2H2O (3)
b. Lingkungan basa atau netral
: 2H2O + O2 + 4e- → 4OH- (4)
c. Reduksi ion logam terlarut
: M n+ + ne- → M (5)
Reaksi-reaksi diatas membentuk tahapan-tahapan untuk berlangsungnya proses korosi yang dapat dibagi dalam empat tahap sebagai berikut :
1. Larutnya logam pada anoda (proses
anodik)
2. Tranfer elektron dari logam (anoda) ke penerima elektron (proses katodik) 3. Terjadinya arus ion dalam larutan
4. Terjadinya arus elektron dalam logam
Korosi akan terjadi jika terdapat selisih energi bebas antara logam dengan produk korosi akan menggambarkan logam mengalami korosi atau tidak. Selisih energi bebas ini merupakan perwujudan potensial listrik. Energi bebas ini yang menentukan apakah korosi akan berlangsung secara spontan atau tidak, agar
reaksi berlangsung spontan, maka ʌG (energi
bebas) harus negatif[6].
Laju korosi yang terjadi dalam suatu lingkungan tertentu sangat ditentukan oleh tahapan-tahapan mekanisme korosi yang paling lambat. Laju korosi merupakan ukuran jarak
material terkorosi tiap satuan waktu. Satuan laju korosi yang biasa dipakai adalah mpy = milli inch
per year (mpy). Ada beberapa metode yang
digunakan untuk mengukur laju korosi pada logam, diantaranya adalah mengukur berat yang hilang, mengukur dimensi dan densitas arus korosi[7].
Metode polarisasi potensiodinamik merupakan suatu metoda elektrokimia yang digunakan untuk mengukur laju korosi terutama dalam lingkungan korosif. untuk menentukan tingkat polarisasi suatu logam dilakukan dengan berbagai cara, diantaranya adalah dengan Tafel Extrapolation. Logam yang kontak dengan medium korosif mengakibatkan adanya reaksi reduksi dan oksidasi pada logam tersebut sehingga akan timbul arus. Arus yang terjadi akan menghasilkan potensial yang disebut potensial korosi (E corr), potensial daerah anoda dan katoda. Perhitungan laju korosi dapat dilakukan dengan cara : mengetahui arus anodik dan katodiknya.
Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN ISSN 1410-6086
81
Arus anodik dan katodik mengikuti persamaan Tafel :
... (1)
di mana η = overvoltage, perbedaan antara potensial yang diberikan dari luar pada spesi logam dan
potensial korosi η = EAPP-ECORR , βA,βC = konstanta Tafel anodik dan katodik .
... ... (2) Bila dinyatakan dengan tahanan polarisasi, maka persamaannya menjadi:
... (3) Nilai i corr kemudian digunakan untuk menghitung laju korosi:
... (4) EW = Berat ekuivalen (g/ekv)
A = Luas Area (cm2) corr Z R C i i , log β η =− corr M O A i i , log
β
η
=82
Gambar. 2. Alat uji polarisasi B. Parameter Kualitas Air [8]
Konduktivitas Listrik.
Konduktivitas listrik air merupakan ukuran kuantitatif terhadap kemampuan air untuk menghantarkan arus listrik, satuan konduktivitas
listrik air adalah μS/cm. Kemampuan ini
bergantung pada gerakan dari ion-ion (spesi pembawa muatan listrik) yang terdapat dalam air, pada umumnya semakin banyak ion-ion yang terdapat dalam air semakin besar pula konduktivitasnya. Air murni memberikan kontribusi kecil terhadap konduktivitas listrik
karena air hanya akan memberikan ion H+ dan
OH- dalam jumlah yang relatif kecil yaitu 10-7
mol/liter. Pada suhu 250C air murni mempunyai
konduktivitas listrik = 0,056 μS/cm. Air akan
memiliki konduktivitas tinggi jika air mengandung berbagai impuritas terlarut dan terionisasi dalam air
Total Desolved Solids (TDS ).
TDS (Total Desolved Solids) merupakan ukuran kuantitatif dari jumlah total bahan organik dan anorganik yang terlarut
dalam air yang ditampilkan dalam satuan part
per million (ppm) atau miligram per liter
(mg/lt).
Derajad Keasaman ( pH )
Keasaman air secara normal dapat dibayangkan sebagai bentuk konsentrasi ion
hidrogen [H+] yang terdapat dalam air. Karena
ion hidrogen berada dalam konsentrasi yang sangat rendah, maka keasaman diekspresikan dalam bentuk logaritma. Derajad keasaman (pH) didefinisikan sebagai
– Log [H+]. Jadi larutan yang lebih asam maka
[H+] besar sehingga pH nya rendah. Air yang
mengandung ion H+ dan OH- pada konsentrasi
10-7 mol/liter maka mempunyai pH = 7. Air yang
lebih asam mempunyai pH < 7 dan air yang
lebih basa mempunyai pH > 7. Harga pH air
dapat diubah dengan menambahkan sedikit asam / basa bergantung pada total konsentrasi senyawa dalam air.
Material AlMg2
Paduan aluminium AlMg2 digunakan
sebagai bahan struktur/kelongsong reaktor riset guna mengungkung bahan bakar dan hasil fisi yang timbul pada saat digunakan di reaktor[9]. Aluminium dan paduannya merupakan logam yang tahan korosi pada temperatur rendah, akan tetapi ketahanan korosinya akan turun pada temperatur tinggi. Pada temperatur tinggi aluminium dan paduannya mudah bereaksi antara lain dengan oksigen dan hidrogen[10]. Secara termodinamika logam Al adalah logam yang sangat reaktif atau mudah terkorosi, namun produk korosi yang berupa lapisan pasif oksida aluminium mampu melindungi bagian dalam dari korosi selanjutnya, sehingga korosi akan terhenti hanya dalam beberapa hari[10,4]. Lapisan pasif ini sangat protektif dan hal ini yang menyebabkan logam aluminium memiliki ketahanan korosi yang sangat baik. Pada kondisi tertentu antara lain pada pH rendah atau tinggi, temperatur tinggi, kadar oksigen terlarut tinggi dan ion Cl-, lapisan pasif akan rusak atau larut
dan menyebabkan korosi yang cukup berat[11]. Bahan paduan aluminium ini memiliki sifat yaitu tampang serapan neutron rendah, ketahanan korosi yang baik pada media air dengan pH berkisar 4,5 – 8,5, kekuatan tarik yang memadai sebagai bahan struktur, mudah dibentuk dan memiliki konduktivitas panas yang baik[9,12].
Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN ISSN 1410-6086
83
Material SS304
Dalam reaktor RSG-GA Siwabessy, Stainless Steel 304 digunakan sebagai bahan rak penyimpanan bahan bakar nuklir. Stainless Steel 304 merupakan baja paduan dengan kandungan bahan dasar besi dengan kadar lebih dari 60%. Stainless Steel 304 mengandung sedikitnya 18% kromium, 8% nikel dan dikombinasikan dengan paling banyak 0,08 % karbon. Chromium (Cr) adalah elemen yang paling penting dalam stainless steel karena akan membentuk lapisan pasif sebagai pelindung dari peristiwa oksidasi sehingga menyebabkan material ini mempunyai sifat tahan korosi.
TATA KERJA
Persiapan sampel uji korosi
Bahan yang dipakai adalah paduan logam
AlMg2 dan SS304, AlMg2 merupakan bahan
yang dipakai untuk kelongsong bahan bakar serta SS304 merupakan bahan rak penyimpanan bahan bakar nuklir. AlMg2 mengandung 98,09 % Al, 0,183% Mn, 0,356% Fe, 1,18 % Mg, 0,365% Cu. Sedangkan SS304 mengandung 0,019% V, 17,66 % Cr, 1,274% Mn, 71,13 % Fe, 0,735 % Co, 9,377 % Ni, 0,293% Cu, 0,298 % Mo, 0,1309% W. Bahan tersebut di potong dengan bentuk
keping lingkaran dengan luas permukaan 1 cm2
sebanyak 6 buah. Setelah itu benda uji tersebut dipoles dengan menggunakan kertas amplas SiC
dengan ukuran kehalusan 800, 1200 mesh.
Dilanjutkan dengan pencucian menggunakan alkohol panas agar sampel bebas lemak. Penyimpanan sampel siap pakai dilakukan di dalam desikator.
Air lingkungan uji korosi dilakukan dengan menggunakan air kolam ISSF. Air sampel diambil dari keluaran kolom resin yang akan masuk ke dalam kolam ISSF. Air di tampung menggunakan drigen air ukuran 5 liter dalam keaadan kondisi bersih, bebas pengotor. Air dibawa ke laboratorium kimia untuk di lakukan uji pH, konduktivitas serta TDS air. Pengujian Laju Korosi
Pengujian laju korosi dilakukan di laboratorium PSTBM, Serpong. Pertama-tama dilakukan persiapan instrumen potensiostat dan persiapan larutan, setelah itu sampel yang akan dikorosikan diletakkan pada pemegang cuplikan. Kemudian sampel dicelupkan ke dalam sel korosi yang berisi larutan atau media pengkorosi sebanyak 600 ml. Di dalam sel korosi, sampel ini akan berperan sebagai elektroda kerja. Setelah itu, dimasukkan elektroda bantu dan elektroda
pembanding (EKJ) ke dalam sel korosi, untuk selanjutnya ketiga elektroda tersebut dihubungkan dengan instrumen potensiostat, seperti pada Gambar 2. Selanjutnya dilakukan
pengukuran Ecorr terhadap kerapatan arus
dengan kecepatan scan 0,1 mV/det, sehingga
didapatkan kurva Tafel. Pengukuran dilakukan dua kali kali untuk memastikan konsistensi. Dari pengukuran ini juga akan didapatkan kerapatan arus korosi (Icorr), potensial korosi (Ecorr), dan laju korosi.
HASIL DAN PEMBAHASAN
