LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka
B. Kerangka Pemikiran
Elektroplating Zn-Ni merupakan sel elektrolisis dimana energi listrik digunakan untuk berlangsungnya suatu reaksi kimia (Dogra, 1990). Dengan diberikannya aliran arus searah dengan potensial (voltase) luar yang melebihi potensial deposisi (E deposisi) dari ion Zn dan Ni dalam larutan elektrolit, maka akan terjadi transfer elektron yang mengakibatkan terjadinya reaksi redoks. Reaksi reduksi pada terjadi katoda dan reaksi oksidasi terjadi pada anoda. Reaksi yang terjadi dalam elektroplating Zn-Ni adalah:
Katoda (reduksi) : Zn2+(aq) + 4e- → 2 Zn (s)
Ni2+ (aq) + 4e- → 2 Ni (s)
2 H+ (aq) + 4e- → H2( g) Anoda (Oksidasi): 2 H2O (l) → 4 H+
(aq) + O2 (g) + 4 e
-Hubungan arus listrik (i) dan berat endapan elektrolisis (W) dirumuskan oleh Faraday yaitu:
W=eit/F
Untuk waktu elektrolisis yang sama (ditetapkan), berat endapan elektrolisis (W) berbanding linier terhadap arus listrik (i). Semakin besar arus listrik maka berat endapan elektrolisis akan semakin besar. Pada penelitian ini, rapat arus (J)
commit to user
sebanding dengan arus listrik (i) karena luas bidang pelapisan (A) sama, sehingga semakin besar rapat arus (J) maka berat endapan elektrolisis (W) akan semakin besar.
Rapat arus berhubungan dengan laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+ dan transfer elektron. Laju deposisi berpengaruh pada proses deposisi dan deposit yang terbentuk. Rapat arus yang terlalu kecil menyebabkan transfer elektron sedikit dan laju deposisi ion lambat, mengakibatkan pertumbuhan deposit belum sempurna melapisi seluruh luas bidang pelapisan. Sedangkan untuk rapat arus yang terlalu tinggi menyebabkan transfer electron banyak dan laju deposisi sangat cepat. Transfer elektron yang besar menyebabkan ion logam yang terdeposisi semakin banyak. Laju deposisi yang cepat menyebabkan deposit tidak mampu menata/mengarahkan diri ke posisi yang stabil sehingga pertumbuhan depositnya menghasilkan susunan yang tidak teratur, tidak penuh (non-packed) dan berupa deposit dengan butiran besar (bergerombol).
Rapat arus yang tinggi juga mengakibatkan terbentuknya gas H2 (hasil reaksi reduksi ion H+) semakin banyak. Apabila Gas H2 teradsorp pada permukaan lapisan elektroplating Zn-Ni maka akan menghasilkan pori (lubang) dan menyebabkan lapisan tidak rata. Adanya pori tersebut menghasilkan lapisan yang rapuh. Fenomena ini disebut sebagai kerapuhan hidrogen (hydrogen
embritlemen) (Purnawan, 2003). Rapat arus tinggi juga dapat menyebabkan
timbulnya panas dan mengakibatkan deposit menjadi kusam dengan ditandai warna yang menghitam (Purwanto dan Huda, 2005).
Kaitannya dalam penelitian ini, Pengaruh rapat arus terhadap kualitas lapisan elektroplating Zn-Ni ditinjau dari aspek karakter berat, nilai kekerasan dan tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni adalah sebagai berikut:
a) Semakin besar rapat arus menghasilkan berat lapisan elektroplating Zn-Ni yang semakin besar. Akan tetapi, pada rapat arus yang besar lapisan yang dihasilkan kemungkinan rapuh dan ikatan antar deposit kurang kuat sehingga dimungkinkan pada rapat arus yang tinggi akan terjadi penurunan berat lapisan elektroplating Zn-Ni.
commit to user
b) Kekerasan suatu material berhubungan dengan keteraturan penataan atom dan jenis atom penyusunnya. Dalam proses deposisi, susunan deposit yang teratur dan penuh (close-paked) akan menghasilkan lapisan yang keras. Semakin cepat penyusunan suatu sistem akan menghasilkan sesuatu yang tidak teratur. Semakin besar rapat arus menghasilkan susunan deposit yang tidak teratur dan tidak penuh (non-packed). Hal ini akan mengakibatkan semakin menurunnya tingkat kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni. Rapat arus yang menghasilkan lapisan elektroplating Zn-Ni dengan nilai kekerasan tertinggi di duga adalah pada rapat arus rendah.
c) Tekstur permukaan berhubungan dengan orientasi penataan deposit dan ukuran deposit. Semakin besar rapat arus maka laju deposisi semakin besar, menghasilkan pertumbuhan deposit yang tidak teratur dan berupa deposit dengan butiran besar (bergerombol). Semakin tinggi rapat arus akan mengakibatkan tekstur menjadi kasar. Rapat arus yang menghasilkan tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni paling halus di duga adalah pada rapat arus rendah.
Variasi rapat arus pada proses elektroplating Zn-Ni akan memberikan pengaruh terhadap berat, tekstur dan nilai kekerasan dimana pada rapat arus tertentu, akan diperoleh berat, tekstur dan nilai kekerasan optimum. Berdasarkan penelitian sebelumnya, rapat arus optimum pada 0,4 A/dm2 karena pada rapat arus yang lebih besar terbentuk lapisan yang kusam dan rapuh (Shivakumara et al., 2004). Lapisan elektroplating Zn-Ni dengan kualitas yang baik adalah lapisan yang telah melapisi seluruh area substrat, dengan tekstur yang halus dan tingkat kekerasan yang tinggi.
Salah satu upaya meningkatkan kualitas lapisan elektroplating Zn-Ni adalah dengan menambahkan p-vanilin sebagai brightener dalam larutan elektroplating Zn-Ni. Aditif brightener berfungsi untuk mengatur pertumbuhan deposit Zn dan Ni. Mekanisme aditif brightener dalam mengatur pertumbuhan deposit pada proses elektroplating Zn-Ni adalah dengan menghambat laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+.
commit to user
p-Vanilin memiliki atom donor yang memiliki pasangan elektron bebas. Ketika p-vanilin ditambahkan dalam larutan elektrolit elektroplating Zn-Ni, dengan adanya atom donor elektron memungkinkan vanilin berinteraksi dengan ion Zn2+ dan/atau Ni2+ membentuk ikatan koordinasi menghasilkan senyawa kompleks Zn-vanilin dan/atau Ni-vanilin. Dengan terbentuknya kompleks tersebut diduga dapat menurunkan laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+. Hal ini dapat terjadi karena:
1. Deposisi ion Zn2+ dan Ni2+ menuju katoda (substrat) mendapatkan rintangan/halangan sterik dari kompleks vanillin. Sehingga laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+ menjadi terhambat.
2. Kompleks vanilin dapat mengalami reaksi reduksi/terdeposisi ke katoda. Kompleks vanilin secara struktural lebih besar dari ion Zn2+ dan Ni2+, sehingga laju deposisi kompleks vanilin lebih lambat daripada laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+.
Ketika pergerakan deposisi Zn2+ dan Ni2+ menjadi lambat (tidak terlalu cepat), maka deposit memiliki waktu rileks untuk menata/mengarahkan diri ke titik-titik pertumbuhan (posisi yang nyaman) pada permukaan katoda sehingga akan menghasilkan pertumbuhan deposit yang teratur, berukuran kecil (fine grain) dan menghasilkan susunan yang penuh (close packed). Dengan kata lain menghasilkan lapisan terlihat lebih cerah.
Konsentrasi aditif yang ditambahkan adalah sangat sedikit antara 100 µM sampai 10 mM (Kim et al., 2004). Konsentrasi aditif p-vanillin yang ditambahkan akan mempengaruhi laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+ ke katoda. Semakin besar konsentrasi p-vanilin yang ditambahkan maka dimungkinkan laju deposisi ion Zn2+ dan Ni2+ akan semakin dihambat/menurun. Tetapi diduga, p-vanilin akan terjebak/terdeposis pada lapisan elektroplating Zn-Ni karena terbawa arus deposisi ion dan juga kompleks-vanilin mengalami reduksi. Adanya p-vanilin pada lapisan elektroplating Zn-Ni akan berpengaruh menurunkan kualitas lapisan elektro-plating Zn-Ni yaitu: menurunkan nilai kekerasan dan memperbesar ukuran butiran deposit (kasar).
commit to user
Berdasarkan penelitian sebelumnya, konsentrasi o-vanillin yang efektif menghambat laju deposisi dalam elektroplating Zn adalah pada konsentrasi 165µM (0,025 g/L) dengan hasil tekstur permukaan lapisan lebih halus, ukuran butiran deposit lebih kecil dan spektrum reflektansi tinggi (Kim et al., 2004)
C. Hipotesa
Berdasarkan uraian diatas dapat diambil hipotesis/dugaan awal yaitu : 1. Semakin besar rapat arus berpengaruh
a. meningkatkan berat lapisan elektroplating Zn-Ni, dengan berat optimum pada rapat arus 0,4 A/dm2.
b. menurunkan tingkat kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni, dengan tingkat kekerasan lapisan yang paling keras pada rapat arus 0,2 A/dm2. c. menyebabkan tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni semakin kasar, dengan
tekstur yang halus pada rapat arus 0,2 A/dm2.
2. Semakin besar konsentrasi aditif p-vanilin yang ditambahkan berpengaruh a. menurunkan berat lapisan elektroplating Zn-Ni, dengan penurunan berat
paling banyak pada konsentrasi 0,020 g/L
b. meningkatkan tingkat kekerasan lapisan elektroplating Zn-Ni, dengan peningkatan kekerasan paling tinggi pada konsentrasi 0,020 g/L.
c. memperhalus tekstur lapisan elektroplating Zn-Ni, dengan tekstur yang paling halus pada konsentrasi 0,020 g/L.
commit to user
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN