LAJU PRODUKSI PELAPISAN TEMBAGA PADA BAJA
KARBON RENDAH AISI 1023 DENGAN PROSES
ELEKTROPLATING
Skripsi
Diajukan Kepada Universitas Muhammadiyah Malang Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Akademik
Dalam Menyelesaikan Program Sarjana Teknik
Disusun Oleh : HANDRIAN YULIANTO
201210120311059
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
LAJU PRODUKSI PELAPISAN TEMBAGA PADA BAJA
KARBON RENDAH AISI 1023 DENGAN PROSES
ELEKTROPLATING
Diajukan Kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Sebagai Salah Satu Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Disusun Oleh :
Nama : Handrian Yulianto
NIM : 201210120311059
Telah diperiksa, disetujui dan disahkan oleh : Pembimbing I
Iis Siti Aisyah, ST., MT., PhD NIP: 108.1503.0572
Pembimbing II
Ir. Sudarman, MT NIP: 108.8909.132
Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Mesin
KATA PENGANTAR
Dengan memohon ridha dari Allah SWT penulis mempersembahkan sepuluh jari semoga taufik dan hidayah Nya selalu dilimpahkan kepada segenap insan yang selalu bertaqwa kepada Nya dan semoga seluruh nikmat senantiasa mendatangkan keberkahan, amin. Berselawat kita kepada nabi Muhammad SAW dengan harapan semoga safaatnya dapat kita terima. Penulisan skripsi yang berjudul “ Laju Produksi Pelapisan Tembaga Pada Baja Karbon Rendah AISI 1023 Dengan Proses Elektroplating ”. Alhamdulillah dengan perjalanan waktu yang tidak singkat dan pengalaman yang tidak mudah bisa penulis selesaikan.
Penulisan skripsi ini dimaksudkan untuk memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam Skripsi ini terdapat banyak sekali kekurangan baik dari segi penggunaan kata dan bahasa yang belum memenuhi kaidah yang tepat, maupun dari penelitian ini sendiri. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan bantuan, kritik, dan saran yang membangun dari berbagai pihak yang membaca skripsi ini. Dalam menyelesaikan skripsi ini penulis cukup banyak mendapatkan bimbingan, pengarahan dan bantuan dari berbagai pihak baik secara moril maupun material. Oleh sebab itu penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. Sudarman, MT., selaku dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang.
2. Bapak Ir. Daryono, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang
3. Ibu Iis Siti Aisyah, ST., MT., PhD., selaku pembimbing I yang telah banyak memberikan bimbingan dan nasehat serta semua ilmu yang telah diberikan. 4. Bapak Ir. Sudarman, MT., selaku pembimbing II yang telah banyak memberikan
5. Bapak dan Ibu Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang yang telah memberikan bekal ilmu dan pengetahuan yang sangat bermanfaat. 6. Kedua orang tuaku, ayah Moneri dan ibu Halizatul Istilah tercinta serta adik – adik
ku semua yang tiada henti – hentinya memberikan do’a, nasihat, semangat dan kasih sayang. Sehingga penulis dapat melanjutkan dan menyelesaikan kuliah di perguruan tinggi.
7. Meta Sofia yang selalu memberi semangat dan kasih sayang dalam penyelesaian tugas akhir. Sehingga penulis mampu menyelesaikan dengan baik dan benar. 8. Wahyu Agus Andriyanto, Muh. Hasanuddin, Agam Sukma Sinardi dan teman –
teman teknik mesin angkatan 2012, khususnya teknik mesin 2012 B terimakasih untuk semangat, dukungan dan persahabatannya selama ini.
9. Keluarga besar Laboratorium Kimia yang selalu memberikan warna kehidupan dari pengalaman, motivasi, bantuan, dorongan dan kenangan baik saat suka duka selalu dilewati bersama kapanpun dan dimanapun.
10. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu. Semoga Tuhan Yang Maha Esa membalas semua kebaikan yang telah kalian berikan kepada penulis.
Demikian Skripsi ini penulis susun, semoga Skripsi ini bermanfaat bagi kita semua. Sekali lagi penulis ucapkan syukur kepada Ilahi Rabbi semoga ilmu yang didapatkan mendatangkan makna dan manfaat dalam kehidupan siapapun kapanpun dan dimanapun, terima kasih.
Malang, Juli 2014
Penulis
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
SURAT PERNYATAAN ... iii
LEMBAR PERSETUJUAN ... iv
KATA PENGANTAR ... vi
ABSTRAK ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR TABEL... xv
DAFTAR LAMPIRAN ... xvi
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 4
1.3 Tujuan Penelitian ... 4
1.5 Manfaat Penelitian ... 5
1.6 Sistematika Penulisan ... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 7
2.1Pelapisan Logam ... 7
2.1.1 Macam-Macam Pelapisan Logam ... 8
2.1.1.1Pelapisan Dekoratif ... 8
2.1.1.2Pelapisan Protektif ... 8
2.1.1.3Pelapisan Untuk Sifat Khusus Permukaan ... 8
2.1.2 Pelapisan Logam Ditinjau Dari Sifat Elektrokimia Bahan Pelapis ... 9
2.1.2.1Pelapisan Anodik ... 9
2.1.2.2Pelapisan Katodik ... 9
2.2Elektrokimia ... 10
2.3Elektroplating ... 11
2.3.1 Unsur-Unsur Pokok Elektroplating ... 13
2.3.2 Fungsi Elektroplating ... 15
2.4Sifat-Sifat Bahan Pelapis... 16
2.5Baja ... 16
2.5.1 Pengertian Baja ... 16
2.5.2 Sifat-Sifat Baja ... 17
2.5.3 Klasifikasi Baja... 17
2.6Tembaga ... 18
2.6.2 Sifat Kimia Tembaga ... 20
2.7Karakteristik Pengujian Material ... 22
2.7.1 Ketebalan ... 22
2.7.2 Analisa Struktur Mikro ... 24
2.8Reaksi Yang Terjadi Pada Larutan Elektrolit ... 25
2.9Teknik Pelapisan Logam ... 26
2.9.1 Persiapan Permukaan ... 29
2.10 SEM ( Scanning Electron Microscop) ... 31
BAB III METODE PENELITIAN ... 33
3.1 Diagram Alir Penelitian ... 33
3.2 Tempat Penelitian... 34
3.3 Prosedur Penelitian... 34
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHAN ... 43
4.1 Data Hasil Percobaan ... 43
4.1.1 Berat Hasil Elektroplating ... 43
4.1.2 Ketebalan Lapisan Elektroplating ... 48
4.2 Struktur Mikro Pelapisan Tembaga ... 59
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 63
DAFTAR PUSTAKA ... 65
DAFTAR LAMPIRAN
Curriculum Vitae ( CV ) ...
Naskah Publikasi ...
Form Presentasi Ujian Skripsi ...
DAFTAR PUSTAKA
Agustinus Ngatin. 2010. Pengaruh konsentrasi asam sulfat terhadap effisiensi arus dan pewarnaan pada proses anodisasi aluminium.Politeknik Bandung.
Aisyah, 2004. Produksi dan Karakterisasi Serbuk Tembaga Hasil Proses Elektrolisis. Institut Teknologi Bandung, Bandung
ASM Handbook, Surface Engineering, Vol. 5, ASM International 1994.
ASM and Hand Book 2, Metals Hand Book, 8th Edition, 1964.
Avner, Sidney H.1987. Introduction to Phisical Metalurgi. McGraw Hill, Tokyo.
Ndariyono. 2011. Pengaruh Temperatur Larutan Elektrolit, Rapat Arus Katoda Terhadap Ketebalan Dan Adhesivitas Lapisan Pada Proses Elektroplating
Tembaga-Nikel-Khrom. Universitas Sebelas Maret.
Electroplating Handbook, Mc. Graw Hill, 1971. New York
Hartomo, J, Anton. 1992. Mengenal Pelapisan Logam (Elektroplaiting). Andi Ofset. Jogjakarta.
Hill, Mc Graw. 1978. Electropalting. American Electroplaters Society. New York
Lawrence, J. 1984. Electroplating Engineering Handbook, 4th Edition. Van Nostrand Reinhold Company, New York.
Lawrence, V.H. 2004. Elemen-elemen Ilmu dan Rekayasa Material. edisi keenam. Erlangga, Jakarta.
Mulja, Muhammad. 1995. Analisis Instrumental. Universitas Airlangga. Surabaya
Krumbein, Simeon J. 1989. Metallic Electromigration Phenomena. AMP Incorporated.. Chicago
Purwanto dan Syamsul Huda, (2005). Teknologi Industri Electroplating. Badan Penerbit Universitas Diponegoro, Semarang : 8-9, 14-17
R.A Day, JR. 2002. Analisis Kimia Kuantitatif. Erlangga. Jakarta
Saleh A. 1996. Teknik Pengerjaan Pendahuluan Untuk Proses Pelapisan. Balai Besar Pengembangan Industri Logam dan Mesin, Bandung
Sutomo, dkk. 2010. Pengaruh arus dan waktu pada pelapisan nikel dengan electroplating untuk bentuk plat. Jurnal Diploma III Teknik Mesin Universitas Diponegoro.
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Proses akhir logam (metal finishing) merupakan bidang yang sangat luas, yang dimana tujuan utamanya adalah untuk mencegah logam dengan korosifnya, namun juga mendapatkan sifat-sifat lain seperti tampak rupa, ketangguhan dan daya hantar listrik. Salah satu cara dari finishing logam yang banyak diterapkan adalah pelapisan logam. Mekanisme dari proses ini dapat dilakukan dengan metoda antara lain secara lelektroplating, celup panas, dan semprot logam. Penggunaan salah satu metoda ini didasarkan oleh material yang akan dilapis, dimana akan digunakan dan bagaimana fungsinya.
Kehidupan masyarakat modern tidak bisa terlepas dari benda-benda yang dibuat dengan proses elektroplating. Komponen dan aksesori kendaraan bermotor, aksesori mebel, kursi lipat, berbagai alat perkantoran, alat-alat pertanian, jam tangan, aksesori rumah tangga, dan berbagai alat-alat industri dilakukan pengerjaan akhir melalui proses electroplating (Sutomo,2002).
2
Metode yang umum digunakan untuk pelapisan adalah pelapisan secara listrik (elektroplating) yaitu proses pelapisan logam maupun non logam secara elektrolisis melalui penggunaan arus searah (DC) dan larutan kimia (elektrolit) yang berfungsi sebagai media penyuplai ion-ion logam untuk membentuk lapisan (endapan) logam pada katoda. Dalam studi ini akan dilakukan penelitian elektroplating dengan memvariasikan antara pengaruh konsentrasi larutan terhadap produk hasil elekroplating dan pengaruh waktu terhadap produk hasil elektroplating. Untuk memperoleh komposisi dan ketebalan yang optimum perlu dilakukan pengujian yang berulang-ualng.
Hasil produk electroplating dapat di analisis menggunakan SEM (Scanning Elektron Microscope ) untuk memperoleh struktur mikro dari tembaga (Cu) setelah melalui proses elektroplating. Logam pelapis yang digunakan adalah tembaga (Cu) dengan kemurnian 99 %. Pelapisan tembaga umumnya ditujukan untuk menjadikan benda mempunyai permukaan lebih keras dan mengkilap selain juga sebagai perlindungan terhadap korosi. Salah satu contoh pemanfaatnya adalah untuk pelapisan baja karbon. Logam baja karbon merupakan logam yang banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, akan tetapi baja karobn merupakan logam yang mudah teroksidasi dalam udara bebas dan mudah berkarat sehingga diperlukan pelapisan untuk menghambat proses pengkaratan.
3
luar. Dalam penelitian ini menggunakan larutan asam nitrat (HNO3) untuk memperoleh struktur mikro yang lebih baik dalam proses elektroplating. Konsentrasi larutan elektrolit pada fasa target, konsentrasi ion logam Cu2+ di fasa sumber dan waktu pada proses recovery logam Cu serta menentukan kondisi optimum dan efisiensi pengendapan Cu. Kondisi optimum dan efisiensi pengendapan ditentukan melalui pengukuran bobot logam yang terendapkan di katoda pada berbagai variabel percobaan dengan arus 3 ampere dan tegangan 4 volt (Ndariyono,2011).
Faktor yang berpengaruh terhadap kualitas hasil pelapisan tembaga di antaranya adalah faktor temperatur, rapat arus, konsentrasi larutan dan waktu pelapisan. Pengaruh konsentrasi larutan dan waktu proses elektroplating pada kualitas hasil pelapisan terletak pada penampilan akhir, konsentrasi rendah dan waktu singkat menghasilkan hasil lapisan yang suram sedangkan konsentrasi tinggi dan waktu relatif lama menyebabkan lapisan menjadi mengkilap dan memiliki ketelabalan yang maksimal. Penelitian elekroplating ini menggunakan larutan elektrolit asam nitrat (HNO3) dengan variabel konsentrasi larutan dan waktu proses elektroplating unutuk memperoleh ketebalan dana struktur mikro yang optimum sebagai pembanding dengan penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya. Dengan
demikian perlu dilakukan suatu penelitian “Pengaruh Konsentrasi Larutan Asam
4
1.2Rumusan Masalah
Adapaun rumusan masalah dalam penelitian ini yaitu :
1. Bagaimana hubungan temperatur dan waktu terhadap berat produk hasil proses elektroplating?
2. Bagaimana hubungan temperatur dan waktu terhadap ketebalan dan laju ketebalan setelah proses elektroplating?
3. Bagaimana karakteristik mikro struktur dari tembaga setelah mengalami proses elektroplating?
1.3Tujuan
Adapaun tujuan dalam penelitian ini yaitu :
1. Untuk mendapatkan temperatur dan waktu optimum terhadap berat produk hasil proses elektroplating.
2. Untuk mendapatkan temperatur dan waktu optimum terhadap ketebalan dan laju produksi setelah proses elektroplating.
3. Untuk mendapatkan mikro struktur tembaga sebagai pelapis baja karbon rendah pada hasil proses elektroplating.
1.4Batasan Masalah
Adapaun batasan masalah tujuan dalam penelitian ini yaitu :
1. Larutan yang digunakan pada proses electroplating adalah Tembaga (II) Nitrat (CuNO3) dan Asam Nitrat (HNO3).
2. Arus yang digunakan pada proses electroplating adalah 3 Ampere.
5
4. Suhu yang digunakan pada proses electroplating adalah 40 oC dan 50 oC.
5. Waktu yang digunakan pada proses electroplating adalah 600 detik, 900 detik, dan 1200 detik.
6. Jarak yang digunakan anatara anoda dan katoda pada proses electroplating adalah 5 cm.
1.5Manfaat
Adapaun manfaat dalam penelitian ini yaitu :
1. Manfaat Umum
a. Menambah referensi sebagai pengembangan ilmu di bidang elektroplating, umumnya pelapisan tembaga.
b. Dijadikan acuan bagi penelitian selanjutnya.
2. Manfaat Khusus
a. Mengetahui mekanisme pelapisan logam dengan cara elektroplating terutama pada elektroplating tembaga, sehingga dapat menerapkan mekanisme elektroplating dalam kehidupan sehari-hari.
b. Mengetahui kombinasi pelapisan yang tepat dengan ketebalan lapisan yang maksimal
3. Manfaat Lebih Khusus
a. Dapat menentukan massa pelapisan maksimal dengan waktu yang tepat sehingga mampu mendapatkan ketebalan yang maksimal.
6
1.6Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Bab I Pendahuluan, berisi latar belakang penelitian, rumusan masalah, tujuan , manfaat penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan. 2. Bab II Dasar Teori, berisi tinjauan pustaka dan dasar teori mengenai
pelapisan logam secara listrik, komponen-komponenya maupun jenis pengerjaan pendahuluan pada benda kerjanya.
3. Bab III Metode Penelitian, berisi diagram alir penelitian, bahan yang digunakan, mesin dan alat yang digunakan, tempat penelitian, prosedur pelaksanaan penelitian dan pengujian.
4. Bab IV Analisa Data dan Pembahasan, berisi data hasil pengujian dan analisa hasil pengukuran ketebalan dari proses pelapisan yang dilakukan. 5. Bab V Kesimpulan dan Saran, berisi kesimpulan yang diambil dari
