Dewin Purnama
Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Jakarta Kampus Baru UI Depok 16424
Email: [email protected]
Abstrak
Perkembangan ilmu dan teknologi material dewasa ini memacu dikembangkan material dengan karakter sesuai yang diharapkan antara lain ulet, keras, tahan korosi, tahan panas, ringan dan lain sebagainya. Aluminium salah satu material yang menarik perhatian untuk dikaji karena dapat membentuk anodic porous alumina yang memiliki sifat khas yaitu keteraturan strukturnya yang terbentuk. Anodic porous alumina sangat banyak digunakan baik dalam sektor yang sederhana dan inovatif. Teknologi yang saat ini sangat penting untuk pembuatan anodic porous alumina adalah proses anodizing. Sifat dan struktur aluminum oksida tersebut sangat dipengaruhi oleh beberapa variabel proses anodisasi seperti waktu anodisasi, jenis dan konsentrasi larutan elektrolit, tegangan dan rapat arus, serta temperatur.
Pembentukan anodic porous alumina dari aluminium foil dilakukan dengan metoda anodisasi sederhana. Proses anodisasi dilakukan dalam larutan elektrolit asam asetat 0,2 M dengan waktu anodisasi 30 menit yang dilakukan dengan pada temperatur 4oC, 22oC dan 40oC dan tegangan 10 V, 40 V, 70 V, 90 V dan 120 V. Pengamatan ukuran diameter pori dilakukan dengan alat measuring microscope sedangkan pengukuran ketebalan oksida dilakukan dengan alat SEM.
Hasil pengamatan menunjukkan bahwa ukuran diameter pori aluminium oksida yang terbentuk dan ketebalan lapisan oksida pada aluminium akan meningkat seiring dengan peningkatan temperatur dan tegangan anodisasi. Rata-rata ukuran diameter pori yang terbentuk minimal terjadi pada temperatur 4oC dan tegangan 10 volt yaitu 269,4 m dan rata-rata ukuran diameter pori maksimal yang terbentuk terjadi pada temperatur 22o
C dan tegangan 90 V. Rata-rata ketebalan lapisan oksida minimal terjadi pada temperatur 4oC dan tegangan 10 volt yaitu 0,38797 m dan rata-rata ketebalan lapisan oksida maksimal terjadi pada temperatur 40oC dan tegangan 90 volt yaitu 16,83 m
Kata kunci: Anodisasi, Aluminium foil, Asam Asetat, Lapisan Oksida, Diameter Pori, Ketebalan Lapisan Oksida. 1. PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perkembangan ilmu dan teknologi material dewasa ini sangat cepat, makin efektif dan efisien. Saat ini dikem- bangkan material dengan karakter sesuai yang diharapkan antara lain ulet, keras, tahan korosi, tahan panas, ringan dan lain sebagainya serta memiliki kecenderungan menuju dimensi yang makin kecil bahkan dengan ukuran nanometer. Sifat atau karakteristik material sangat ditentukan oleh struktur material itu sendiri[1].
Salah satu material yang menarik perhatian untuk dikaji
adalah aluminium karena dapat membentuk anodic porous
alumina yang memiliki sifat khas yaitu keteraturan struktur-
nya yang terbentuk [2] dan aluminium adalah unsur yang
memiliki afinitas kimia terhadap oksigen yang tinggi.
Anodic porous alumina sangat banyak digunakan baik dalam sektor yang sederhana dan inovatif. Salah satu peng- gunaannya adalah sebagai membran untuk penyaringan mikro dalam lingkungan yang agresif, menggantikan mem- bran polimer, dan sebagai tempat kabel nano baik yang berbahan logam maupun semi konduktor dimana ketera- turan struktur sangat diperlukan [3].
Pembuatan anodic porous alumina dapat dilakukan
dengan proses elektrokimia yang melibatkan oksidasi anodik dari lembaran alumunium murni sehingga didapatkan la-
pisan alumina yang porous, baik dalam skala mikro maupun
nano [4]
. Salah satu teknologi yang saat ini sangat penting
untuk pembuatan anodic porous alumina adalah proses
anodizing, yang dapat mengubah permukaan aluminium menjadi alumunium oksida yang sangat keras, tahan lama, dan memiliki ketahanan korosi tinggi [5]
.
Anodisasi dilakukan dengan proses elektrokimia, dengan prinsip sel elektrolisa, dimana aluminium berperan sebagai anoda, katodanya adalah logam inert, saling dihubungkan dalam larutan elektrolit tertentu dan diberi arus searah sela- ma beberapa saat. Akibat dari proses elektrokimia tersebut, aluminium akan teroksidasi dan akan membentuk lapisan tipis Al2O3 yang protektif terhadap serangan korosi lebih
lanjut [5]
.
Dalam proses anodisasi, media elektrolit merupakan salah satu hal penting untuk menghasilkan hasil akhir yang optimal baik dari segi ketahanan korosi dan abrasi. Larutan elektrolit yang digunakan merupakan larutan asam, yang memiliki konsentrasi tertentu. Larutan asam yang umum digunakan adalah asam sulfat dan asam kromat. Larutan asam lain pun dapat digunakan selain kedua larutan tersebut, yaitu asam oksalat, asam sulphosalicylic, asam sulphophtalic
Seminar Nasional Teknik Mesin 7 21 Juni 2012, Surabaya, Indonesia
M-11
dan duranodic, asam fosfat, asam boric, ammonium tartrate
dan ammonium borate [6]
. Pada anodisasi aluminium dengan asam oxalate dan malonic ketebalan lapisan oksida lebih
tebal ~1.3–1.4 kali dibandingkan dengan logam yang
bereaksi untuk membentuk lapisan tersebut. Lapisan oksida yang terbentuk secara alami mempunyai ketebalan sekitar 2- 3 nm. Sedangkan setelah proses anodisasi, ketebalan lapisan oksida dapat mencapai kurang dari 0,5 m hingga 150 m [7].
Namun dalam literatur tersebut, tidak disebutkan kalau asam asetat dapat digunakan sebagai larutan elektrolit padahal elektrolit ini lebih ramah lingkungan. Untuk itu dalam penelitian ini penulis menggunakan larutan asam asetat sebagai media elektrolit.
Keunggulan dari proses ini adalah menciptakan produk akhir yang tahan lama dan tahan cuaca dengan biaya perawatan rendah. Secara umum lapisan oksida hasil dari proses anodisasi memiliki karakteristik sebagai berikut [8]: a. Keras (Al2O3), sebanding dengan sapphire
b. Transparan
c. Insulatif dan tahan terhadap beban
d. Rentang warna yang luas
e. Tidak ada serpihan (flake) pada permukaan
State of the art dari penelitian tentang pembuatan lapisan anodic porous alumina adalah bagaimana mengatur proses dan variable proses anodisasi yang menentukan seperti misalnya jenis dan komposisi elektrolit, tegangan dan rapat
arus, temperatur proses agar didapat struktur honeycomb
dengan ukuran pori yang berskala mikrometer atau nano- meter. Penelitian mengenai tema ini telah banyak dilakukan jika dilihat dari banyaknya jurnal penelitian yang membahas tentang lapisan porous alumina, oleh sebab itu dilakukan studi literatur mengenai perkembangan penelitian tersebut.
Tujuan Penelitian
Mengetahui pengaruh variabel perubahan temperatur dan tegangan terhadap pembentukan porous aluminum oxide
hasil anodisasi dalam larutan asam asetat (CH3COOH)
2. METODOLOGI PENELITIAN
Aluminum foil kemurnian tinggi dipotong dengan ukuran yang disesuaikan dengan penjepit dudukan sampel. Kemu- dian direndam kedalam larutan Acetone selama 5 detik. Selanjutnya dibilas dengan air yang mengalir dan di rendam
dalam larutan ethanol 95%, kemudian dikeringkan hair dyer
selama 3 menit untuk selanjutnya dilakukan proses isolasi. Percobaan anodisasi pada penelitian ini dilakukan dengan tahapan sebagai berikut:
1. Menyiapkan larutan asam asetat (CH3COOH) 0,2 M
sebanyak 500 ml.
2. Memasukkan lembaran Aluminium foil setelah dilakukan
preparasi permukaan ke dalam alat penjepit sampel
3. Menyusun rangkaian sel elektrokimia untuk anodisasi
sampel aluminium foil dalam larutan yang telah disiap- kan. Rangkaian disusun dengan menghubungkan kutub positif dari power supply DC ke anoda aluminium foil dan menghubungkan kutub negatif power supply DC ke katoda logam timbal. Skema rangkaian dapat dilihat pada Gambar 1.
4. Menyiapkan kondisi temperatur larutan yaitu 4oC. Pre- parasi dilakukan dengan memasukkan es batu kedalam
tupperware lalu memasukkan beaker glass ukuran 500 ml yang berisi larutan asam asetat ke dalam tupperware tersebut. Kontrol temperatur dilakukan menggunakan termometer.
5. Sampel dianodisasi pada tegangan 10 Volt dengan kece-
patan magnetic stirrer sebesar 500 rpm pada temperatur
4oC selama 30 menit kemudian dibilas dengan aquades
dan dikeringkan dengan menggunakan hair dryer
6. Untuk proses anodisasi pada tegangan 40, 70, 90 dan 120
volt pada temperatur 4oC, tahapan proses sama seperti langkah nomor 4 dan 5
7. Untuk proses anodisasi pada temperatur 22oC dan 40oC,
secara garis besar langkahnya sama dengan temperatur 4
o
C, namun perlu penyesuain temperatur yang diinginkan.
Gambar 1. Rangkaian sel anodisasi penelitian Pengujian yang dilakukan adalah Pengujian Karakterisasi Ketebalan Lapisan dan Pengujian Karakterisasi Ukuran Dia-
meter Pori dengan menggunakan alat SEM (scanning
electron microscope).
3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Pengamatan Visual
Pengamatan visual ini bertujuan untuk melihat kecen- derungan perubahan sampel secara fisik. Pada pengujian
dengan temperatur 4oC, di permukaan sampel sudah terdapat
pori yang dapat dilihat dengan kasat mata, dimana ukuran pori tersebut makin membesar pada tegangan 40 volt dimana daerah pinggir dari permukaan sampel sudah mengalami pelarutan dan ukuran porinya lebih besar jika dibandingkan dengan ukuran sampel pada tegangan 10 volt. Selanjutnya pada tegangan 70 volt kondisi permukaan yang terekspos dengan larutan elektrolit mengalami kehancuran setelah dianodisasi selama 30 menit tetapi sampel tidak terlepas dari bagian aluminium foil, sedangakan kondisi sampel pada tegangan 90 volt, daerah pinggir dari sampel mengalami pelarutan sempurna, sehingga sampel yang terekspos dengan larutan elektrolit hampir terlepas dari aluminium foil tetapi pada bagian tengahnya masih terlihat utuh namun terlihat pori dengan ukuran yang lebih besar dibandingkan dengan sampel pada tegangan 40 volt.
M-12
Pada temperatur 22oC, kondisi permukaan sampel pada
tengangan 10 volt sudah terlihat pori yang ukurannya hampir
sama dengan sampel yang dianodisasi pada temperatur 4oC,
namun pada temperatur 22oC, di permukaan sampel terdapat
beberapa ukuran pori yang lebih besar dibandingkan dengan ukuran pori disekitarnya. Selanjutnya pada sampel dengan tegangan 40 volt, terlihat lubang-lubang pada permukaan sampel dan dibagian pinggirnya sudah mulai mengalami pelarutan. Sedangkan pada pengujian anodisasi pada te- gangan 90 volt dan 120 volt, sampel mengalami kehancuran di mulai dari bagian tengah, kondisi ini berbeda dengan
sampel yang dianodisasi pada temperatur 4oC, dimana
pelarutan sampel dumulai dari bagian pinggir. Waktu pengujian untuk kedua sampel tersebut hanya dilakukan selama 14 menit untuk sampel pada tegangan 90 volt dan 10 menit untuk sampel pada tegangan 120 volt, karena apabila diteruskan sampel akan larut semua.
Pada temperatur anodisasi 40oC, kondisi permukaan
sampel pada tegangan 10 volt secara kasat mata tidak terlihat pori atau lubang dan juga tidak terjadi perubahan warna pada permukaan. Sedangkan pada percobaan dengan variasi tegangan yang lebih tinggi sampel mengalami kehancuran, tetapi masih terdapat sisa-sisa aluminium pada bagian pinggirnya. Secara umum kerusakan sampel dominan terjadi untuk kondisi anodisasi pada variasi temperatur dan tegangan yang lebih tinggi.
3.2. Pengamatan Diameter Pori
Berdasarkan hasil pengamatan menggunakan Scanning
electron microscope (SEM). Ukuran pori untuk masing-
masing sampel yang dianodisasi pada temperatur 4oC, 22oC
dan 40oC dengan variasi tegangan 10, 40 dan 90 volt dapat
dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil pengukuran diameter pori lapisan oksida pada variasi temperatur dan tegangan yang berbeda
Potensial/Temperatur 4oC 22oC 40oC
10 volt 269.4 367.4 422.4
40 volt 485.2 1106.6 1327.6
90 volt 486 2416 1108
Hasil pengukuran diameter pori lapisan oksida pada temperatur 4oC, 22oC dan 40oC ukuran diameter pori cen- derung meningkat seiring dengan kenaikan tegangan ano-
disasi. Pada temperatur 22oC, ukuran diameter pori me-
ningkat secara signifikan seperti ditunjukkan pada Gambar 3, tetapi pada temperatur 40oC ukuran diameter pori menurun setelah tegangan 40 volt., hal ini disebabkan oleh ukuran pori yang kurang merata dan tidak seragam pada setiap sampel.
Kenaikan ukuran pori yang cukup signifikan terjadi pada sampel anodisasi tegangan 10 volt dibandingkan dengan tegangan 40 volt, selanjutnya pada tegangan 90 volt peru- bahan ukuran pori jika dibandingkan degan tegangan 40 volt tidak mengalami perubahan yang drastis.
Penyebab dari ketidakteraturan pori adalah adanya par- tikel yang tidak larut pada logam aluminium yaitu partikel
FeAl3 yang umumnya ada di aluminium foil hasil
pengerolan [9].