PELAPISAN LOGAM
5.4 Logam Rekayasa
Pelapisan pada logam rekayasa akan meliputi plating logam-logam emas, perak, platina, timah, dan timbal. Kecuali dua yang terakhir, semuanya termasuk ke dalam golongan logam mulia dan mahal, potensial elektrodanya amat positif dan inert pada berbagai lingkungan.
Plating Emas
Emas merupakan logam mulia dengan potensial elektroda standar +1,68 volt. Emas tidak bereaksi dengan oksigen, belerang, selenium, nitrogen atau karbon pada berbagai suhu. Bila kering pada suhu kamar, halogen juga tidak bereaksi dengannya. Emas tahan berbagai asam, akan tetapi bila terdapat oksidator dan emas dijadikan sebagai anoda, ia bereaksi dengan cepat dengan khlorida. Asam nitrat bila bebas halogen, tidak bereaksi dengan emas. Pelarut aktif bagi emas adalah aqua regia, yaitu campuran 1 : 3 asam nitrat pekat dan asam khlorida pekat.
Emas tahan serangan alkali hidroksida dan karbonat pada berbagai suhu, akan tetapi sianida alkali dengan adanya oksigen akan melarutkannya. Nitrat lebur tidak bereaksi, akan tetapi natrium peroksida akan mengkorosi emas.
Kimiawi emas, baik pada tingkat oksidasi +1 atau +3 semuanya kompleks, hampir tidak ada yang sederhana. Emas (I), kompleksnya stabil dalam larutan berair, terutama sianida, khlorida, dan thiosulfat. Zat-zat kristal seperti Kau(CN)2 banyak dipergunakan. Emas (II) terkompleks dalam larutan, sebagai
spesi anion, misalnya AuCl3OH-, juga membentuk kompleks kationik koordinat-empat dengan piridin, fenantrolin, dan dietilentriamin.
Sejumlah senyawa organo-emas membentuk dasar komposisi seni dekoratif, disemprotkan atau dilapiskan ke keramik, gelas, dan didekomposisi membentuk lapis emas dekoratif. Senyawa-senyawa emas juga dapat diproses pada 250oC sehingga dapat diterapkan ke plastik untuk printed-circuit dan berbagai komponen teknologi canggih lainnya.
Pelapisan emas ditujukan pada dua bidang terapan yaitu dekoratif dan industri seperti elektronika, komunikasi, maupun dirgantara. Dalam bidang industri, emas digunakan karena tahan korosi, mudah disolder, tahan aksidasi, liat, dan menghantarkan listrik dengan baik. Baik untuk tujuan dekoratif maupun industri, sistem plating emas dapat didasarkan pada bak sianida ataupun non-sianida.
Sistem sianida emas (I) yang mengandung kompleks Au(CN)2- memiliki tiga kelompok; alkali, netral, dan asam. Kompleks sianida emas stabil pada suasana asam sampai pH 3. Bak sianida lain dalam suasana asam akan mengeluarkan asam sianida yang sangat beracun. Sistem sianida alkali non-buffer pada pH 8,5 sampai 13, sistem non-buffer netral pada pH 6 sampai 8,5, serta sistem asam buffer pada pH 3 sampai 6.
Tiap jenis bak memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Bak alkali berdaya lontar baik dan tidak mudah mengalami kodeposisi pengotor logam alkali dalam baknya; bak netral memungkinkan pembentukan alloy melalui kodeposisi logam alkali dan pH netralnya menjamin tidak terjadinya gangguan atas substrat yang peka; sedangkan bak asam memungkinkan kodeposisi alloy, tidak merusak substrat, dan dapat menghasilkan plat emas yang murni.
Jenis anoda yang digunakan pada plating emas tergantung kepada jenis bak dan pertimbangan ekonomisnya. Anoda emas bermanfaat pada bak sianida alkali serta berfungsi mengganti kandungan emas baknya, akan tetapi tidak dipakai pada bak sianida alkali cerah karena pengaruhnya atas sistem pencerahannya kurang memuaskan, di samping harga anoda emas juga mahal.
Anoda platina dapat digunakan pada seluruh bak, akan tetapi anoda ini juga mahal, hanya digunakan bila penampilan dan rujuk kerja merupakan syarat utama. Anoda titanium yang diplatinasasi dapat digunakan untuk bak asam dan netral. Anoda baja stainless dapat dipakai dalam sistem netral dan
alkali cerah, sedangkan anoda karbon hanya untuk bak asam karena akan rusak pada suasana alkali atau netral, di samping depositnya juga kasar.
Untuk sistem non-sianida, seperti sistem kompleks thiomalat, didasarkan atas kompleks emas (III) khlorida. Walaupun masih jarang, sistem ini diharapkan dapat berkembang lebih cepat karena kekhawatiran terhadap sistem sianida yang berbahaya dan ganas terhadap lingkungan.
Plating Perak
Logam perak yang lunak biasanya diperkeras dengan tembaga. Sifatnya yang cerah dan indah cemerlang banyak dimanfaatkan untuk perhiasan.
Memiliki sifat elektrokimia dengan potensial standar di antara tembaga dan emas. Tembaga dan perak mengalami tarnish di udara berbelerang, namun perak tidak teroksidasi. Perak relatif inert terhadap banyak zat, namun pada suhu tinggi bereaksi dengan halogen. Perak larut di dalam larutan sianida logam alkali, baik secara anodik maupun dengan adanya oksigen, membentuk kompleks sianoargentat.
Kebanyakan reaksi perak bukanlah reaksi kimia yang bersifat cepat, akan tetapi lebih bercirikan kepada korosi. Berbagai pereaksi yang dapat menyerangnya relatif lambat, termasuk sianida logam alkali, peroksida, sulfida, brom, asam okso-khlor, asam khromat, boraks, asam belerang, raksa, peroksisulfat, permanganat, natrium thiosulfat, belerang, dan asam sulfat pekat. Perak membentuk senyawa tak larut serta kompleks stabil dengan ligan organik dan anorganik, membentuk ion aquo sederhana dengan nitrat, perkhlorat, fluorborat, serta membentuk kompleks dengan halida, sianida, amonia, dan thiosulfat. Kebanyakan senyawa taklarutnya dapat larut dalam larutan yang mengandung zat pengompleks.
Untuk tujuan dekoratif dan industri, plating perak menggunakan larutan sianida alkali. Sianida mengompleks-kannya, menekan kecendrungan mengendap oleh celupan. Sianida bebas diperlukan agar korosi anoda berjalan dengan baik, melarutkan lapisan AgCN pada anoda, dan meningkatkan daya hantar bak. Khusus untuk tujuan dekoratif, plating perak menggunakan logam basis yang bermacam-macam, namun sering merupakan kombinasi logam yang disolder. Untuk pengerasan dan anti ausnya bisa menggunakan antimon.
Sianida kalium akan lebih baik dari sianida natriumnya, karena ion kalium memiliki hantaran yang lebih besar, dan kalium juga memiliki daya larut yang lebih besar daripada natrium. Karbonat dan hidroksil akan meningkatkan daya
hantar, mencegah pecahnya sianida dengan menjaga pH tetap basa, dan menyerap CO2 dari udara agar tidak bereaksi dengan sianida membentuk asam sianida.
Plating perak dimanfaatkan untuk industri-industri listrik dan elektronika.
Salah satu kelemahannya adalah dapat mengalami tarnish dan membentuk lapisan sulfida. Untuk mengatasinya bisa dilakukan melalui plating ulang dengan emas atau rhodium, atau pembentukan alloy dengan logam lain.
Plating Platina
Pada golongan VIII B sistem periodik terdapat tiga triad; yang pertama besi-kobalt-nikel, yang kedua ruthenium-rhodium-paladium, dan yang ketiga osmium-iridium-platina. Ketiga triad ini memiliki sifat yang mirip, dengan salah satu keungulannya tahan korosi serta aktivitas katalitiknya. Bila tak ada logam lain yang tahan lingkungan korosif tertentu, maka platina merupakan satu-satunya jawaban.
Bak plating pada logam platina sedikit berbeda dengan bak biasa karena potensialnya yang sangat mulia, kecendrungannya membentuk kompleks, dan harganya yang mahal. Karena itu untuk tujuan ekonomis, kosentrasinya cukup 2 g/l saja. Karena logam-logam platina mudah membentuk kompleks yang memang pemakaian anoda larut lebih disukai. Paladium sering dipakai sebagai pengganti emas karena harganya yang lebih murah, depositnya renggang sehingga akan dapat melapis lebih banyak.
Beberapa faktor penunjang digunakannya logam platina dalam plating antara lain karena titik lelehnya yang tinggi, kekerasan yang hebat, ketahanan korosi, tahan aus, dan penampilan yang bagus. Di samping itu plat platina yang dilapisi plat-plat lain akan mencegah terjadinya difusi logam. Akan tetapi karena logam platina bebas hanya sedikit di dalam larutan bak, maka ia mempunyai sifat yang sulit untuk diplatkan, dan efisiensi katodanya rendah. Platina sendir banyak digunakan untuk membuat anoda titanium, proteksi katodik, dan proses elektrokimia lainnya. Platina inert terhadap larutan elektrolit dan lingkungan
laut. Bak platina yang penting adalah berdasarkan kompleks amina, nitrito, dan hidrokso.
Plating Timah
Timah merupakan logam lunak, titik lebur yang rendah, liat, mudah diberi lakuan kerja dalam keadaan dingin. Berwarna putih perak, terkadang agak kekuningan karena adanya lapisan oksida. Timah memiliki dua keadaan alotropi; yang berwarna putih, disebut dengan beta; dan yang berwarna kelabu disebut dengan alpha. Timah putih bersistem kristal tetragonal dan yang kelabu berstruktur intan, kurang rapat, nonlogam, dan semikonduktor.
Timah bersifat amfoter, bereaksi dengan logam maupun dengan basa.
Karena overpotensial hidrogen yang cukup tinggi terhadap timah, maka serangan oleh asam ataupun basa berjalan dengan lambat, kecuali bila ada oksidator. Pasangan galvanik timah-besi memiliki arti yang penting secara komersial, seperti untuk kaleng. Dalam keadaan biasa, besi anodik akan terkorosi lewat pori, tetapi dalam lingkungan anaerobik dalam kaleng kemasan dan suasana asam organik makanan atau minuman, potensial pasangannya berbalik dan timah menjadi anodik, dengan demikian akan melindungi besi.
Nitrogen, hidrogen, karbon dioksida, dan gas amonia tidak bereaksi dengan timah. Belerang dioksida lembab akan menyerangnya. Halogen akan bereaksi dengan timah membentuk tetra halida. Asam sulfat panas akan melarutkannya, bereaksi pelan dengan nitrat encer dingin, dan membentuk endapan dengan asam nitrat pekat panas. Asam lainnya yang menyerang timah adalah asam sulfit, khlorosulfonat, pirosulfat, dan beberapa asam organik bila ada oksidator.
Dalam lingkungan yang alkali, timah (IV) akan stabil, akan tetapi larutan stannat (II) akan terurai:
2 Sn(OH)42- Sn(OH)62- + Sn + 2 OH
-Dalam larutan asam, senyawa timah (II) ada dalam bentuk ion aquo Sn2+, akan tetapi Sn (IV) dalam bentuk kompleks seperti SnCl62- dan Sn(OH)62-. Senyawa timah cenderung terhidrolisis dalam larutan berair karena itu dalam larutan alkali harus distabilkan dengan alkali berlebih dan dalam larutan asam distabilkan dengan asam berlebih.
Timah tidak dapat diplatkan dengan alasan dekoratif, tetapi penerapannya justru berdasarkan kompatibilitasnya dengan pangan karena tidak beracun
serta mudah disolder. Timah juga bermanfaat karena sifatnya yang lunak dan liat. Di udara bebas, sifatnya katodik terhadap baja, sehingga tidak dapat dimanfaatkan sebagai pelindung seperti bisa diterapkan pada seng dan kadmium.
Plating timah banyak diterapkan untuk membuat panci dan peralatan rumah tangga lainnya. Plating pada kawat tembaga akan melindungi tembaga dari serangan belerang serta memudahkan penyolderan. Demikian pula untuk pelapis pada berbagai bagian otomotif dan industri elektronik.
Plating Timbal
Timbal merupakan salah satu logam tertua yang dikenal manusia. Pada dunia industri, penggunaan timbal hanya dikalahkan oleh besi, seng, dan aluminium. Timbal penampilannya kusam sehingga kurang baik untuk penampilan atau untuk tujuan plating dekoratif. Penggunaan plating timbal antara lain bertujuan protektif; melindungi logam dari cairan-cairan korosif, alat-alat kimia, sekrup, dan sebagainya.
Senyawa timbal banyak yang tidak larut, karena itu pilihan elektrolitnya agak terbatas. Timbal tidak larut dengan sulfat dan khlorida. Larutan kompleks anionnya tidak stabil karena timbal caturvalen (IV) akan kembali ke bentuk dwivalen (II) yang stabil. Garam-garam timbal yang larut misalnya nitrat, fluorosilikat, sulfamat, fluoroborat, dan perkhlorat. Larutan nitrat tidak mungkin digunakan karena anionnya tereduksi di katoda, dan perkhlorat juga jarang dipakai. Bak fluorosilikat memang digunakan dalam proses pembuatan timbal, tetapi untuk plating yang sering digunakan adalah fluoroborat.