Pengaruh Rapat Arus… 1 PENGARUH RAPAT ARUS DAN WAKTU PELAPISAN PADA
PROSES ELECTROPLATING TERHADAP KETEBALAN LAPISAN KROM
Basmal
Teknik Otomotif, Politeknik Pratama Mulia , Surakarta 57149, Indonesia
ABSTRAK
Electroplating is a process of electro deposition of metal layers on the electrode which aims to form a surface with properties or dimensions different from the metal base. This study uses a steel plate specimen width of 3 mm and a length of 6 mm which amounts to 30 pieces.
Testing a thick coating of nickel with the current density constant and varying the time found that the longer the coating is thicker nickel plating results. Thickest coating the surface with a time of 15 minutes, which is 75 µm are the thinnest with a time of 5 minutes is 8.33 µm. Faraday law suit that the amount of metal precipitate formed is proportional to the amount of electrical current is given multiplied by the duration of the operation.
Testing a thick coating of nickel with a time constant and varying the flow is obtained that the thickest coating while the current is 5 to 8.5 amperes (75µm) and the thinnest when the current is 0.5 to 1 ampere (8.33µm). Can be concluded that the longer the time of the coating and a relatively constant flow is used then the nickel plating that occurs on the surface of the thickening.
Limits of the allowable pH for the process went well, ranging from 1.5 to 5.2 if the pH value exceeds pitting will occur on the surface of the coated object. At temperatures 500C with a coating time of 15 minutes a decline in the value of a thick coating compared to the temperature of 400C. decline in the value of a thick coating also occurred at 0.5 to 1 ampere currents and temperature 500C with coating time 10 minutes and the temperature 600C with a coating time of 5 minutes. Theoretically that rising temperatures will increase the conductivity and difusitas mislead the electrolyte solution, electrolyte means that prisoners will shrink so that the potential needed to reduce the metal ions is reduced so that the coating produced on, the surface of the metal will decrease.
Key word: electroplating, the current density, time, pH and temperature
Pengaruh Rapat Arus… 2 1. Pendahuluan
Proses pelapisan permukaan logam mengalami perkembangan pesat, selain metode pengecatan, pelapisan permukaan logam dapat dilakukan dengan metode elektrokimia antara lain dengan metode elektroplating.
Proses elektroplating merupakan metode pelapisan logam dengan memberikan lapisan pelindung pada permukaan logam dasar sehingga kontak langsung antara permukaan logam dasar dengan lingkungan di sekitarnya dapat dicegah. Proses pelapisan dengan metode ini banyak dilakukan pada dunia industri logam besar terutama dilakukan pada proses akhir pengerjaan logam.
Salah satunya adalah pelapisan nikel, yang bertujuan membuat logam yang dilapisi mempunyai warna mengkilap (dekoratif) dan memperbaiki sifat permukaan logam agar dapat mencegah terjadinya korosi (protektif ). Proses pelapisan logam ini dilakukan dengan sistem lapis listrik arus searah (arus DC) dimana logam pelapis bertindak sebagai anoda, sedangkan benda kerja yang dilapisi sebagai katoda. Kedua elektroda tersebut dicelupkan dalam suatu elektrolit yang
mengandung nikel sulfat. Hal-hal yang dapat mempengaruhi hasil pelapisan nikel antara lain temperature, pH larutan elektrolit, waktu pelapisan, kuat arus listrik yang digunakan untuk proses pelapisan.
Pada proses pembuatan komponen-komponen/peralatan- peralatan permesinan dan industri, dibutuhkan material dengan sifat kekerasan dan tahan karat yang tinggi. Baja karbon rendah merupakan salah satu jenis material yang memiliki sifat kekerasan yang baik namun sifat tahan karat yang buruk. Untuk itu perlu diadakan suatu perlakuan agar baja karbon rendah ini memiliki sifat tahan karat yang baik. Banyak cara dapat dilakukan untuk meningkatkan sifat tahan karat dari baja karbon rendah dan salah satu alternatif yang dapat dilakukan adalah dengan melakukan proses pelapisan listrik pada baja tersebut dengan menggunakan bahan pelapis tahan karat seperti nikel, tembaga, seng, khrom, dll.
2. Teknik Pelapisan Logam Pada prinsipnya proses pelapisan logam dengan cara electroplating merupakan rangkaian yang terdiri sumber arus listrik searah, anoda, katoda
Pengaruh Rapat Arus… 3 Sumber arus searah
anoda katoda
Larutan elektrolit serta larutan elektroit rangkaian
ini disusun sedemikian rupa
sehingga membentuk suatu sistem lapis listrik sebagai berikut :
( - ) ( + )
Gambar 1 : Prinsip Pelapisan Logam Anoda (bahan pelapis)
dihubungkan dengan kutup positif arus searah sedangkan Katoda (benda kerja) dihubungkan dengan kutup negatif arus searah.
Bila antara konduktor dialiri arus listrik akan terjadi reaksi kimia.
Proses-proses pengendapan secara elektrokimia (elektrodeposisi) memiliki bases konsep yang penting dipahami.
Anoda dan katoda
dimasukkan kedalam larutan elektrolit. Mengalirnya arus listrik searah melalui suatu larutan (elektrolit) berkaitan dengan
gerak partikel bermuatan (ion).
Ujung-ujung keluar masuknya arus dari/ ke larutan disebut elektroda.
Pada anoda terjadi oksidasi, sedangkan pada katoda terjadi reduksi. Ion bergerak (migrasi) ke anoda disebut anion, sedangkan yang menuju ke katoda disebut kation .
Bila arus listrik dialirkan di antara kedua elektroda (anoda dan katoda ) di dalam larutan elektrolit, maka muatan ion positif akan ditarik oleh katoda.
Sementara ion bermuatan negatif
Pengaruh Rapat Arus… 4 berpindah ke arah elektroda
bermuatan positif (anoda). Ion-ion tersebut dinetralisir oleh kedua elektroda dan larutan elekrolit yang hasilnya diendapkan pada katoda (benda kerja).hasil yang
terbentuk adalah lapisan logam dan gas hidrogen.
Adapun tahapan dalam proses pelapisan ditunjukkan pada gambar 2
Gambar 2 : Tahapan proses pelapisan krom.
3. Komposisi larutan elektrolit Pada pelapisan tembaga, unsur-unsur yang berada di dalam larutan elektrolit sebagai berikut :
Tabel 1. Unsur-unsur Larutan Elektrolit dalam Pelapisan Tembaga
No. Nama Unsur Ukuran
1.
2.
Tembaga sulfat Aquades
200 gram 1 liter
Pada pelapisan nikel, unsur-unsur yang berada di dalam larutan elektrolit sebagai berikut :
Tabel 2. Unsur-unsur Larutan Elektrolit dalam Pelapisan Nikel
No. Nama Unsur Ukuran 1.
2.
3.
4.
5.
Nickel Sulfat Nickel Clorid Boric Acid Brightner Aquades
400 gram 90 gram 50 gram 40 cc 1 liter Pengerjaan
Pendahuluan
Lapis Pendahuluan (Tembaga)
Bilas Pelapisan Nikel Bilas
Bilas
Bilas Pengeringan
Pelapisan Krom
Pengaruh Rapat Arus… 5 Larutan NiSO4
Fe Ni
-
A + Pada pelapisan chrome, unsur-
unsur yang berada di dalam larutan elektrolit sebagai berikut :
Tabel 3. Unsur-unsur Larutan Elektrolit dalam Pelapisan Chrome
No. Nama Unsur Ukuran 1.
2.
3.
Asam Chroomat Asam sulfat Aquades
230 gram 0,5 cc 1 liter Tahapan proses pelapisan krom
1. Pembersihan secara mekanis 2. Bilas dengan menggunakan
air bersih.
3. Alkaline degreasing, (menghilangkan lemak).
4. Bilas 2-3 kali
5. Pickling (cuci asam)
a. besi baja: konsentrasi HCL 3-12 %X Volume, selama 5-15 menit b. tembaga dan nikel:
konsentrasi H2 SO4 10- 40 % X Volume, selama 5-15 menit
6. Bilas 2-3 kaliLapis pendahuluan (lapis menggunakan tembaga dan nikel).
7. Bilas 1-2 kali 8. Lapis krom 9. Bilas 2-3 kali
10. Masukkan dalam serbuk halus kapur
11. Keringkan
Benda yang dapat dilapisi krom adalah : Baja, Besi, Stainless steel, Seng, Kuningan, Alumunium. Misalnya sebuah plat baja/ besi akan dilapisi dengan nikel larutan elektrolit yang digunakan sebagai perantara adalah elektrolit nikel (NiSO4) dengan anoda nikel (Ni). Karena pada anoda dan katoda terjadi perubahan potensial akibat adanya aliran arus listrik searah, maka bahan pelapis nikel akan terurai ke dalam media larutan elektrolit yang mengandung ion-ion nikel.
Gambar 3 : Arus listrik dialirkan di antara kedua
Pengaruh Rapat Arus… 6 Komposisi larutan dan
temperatur yang digunakan pada saat pengujian juga harus diperhatikan idealnya adalah Chrome acid 250 – 300 g/ℓ, Sulfuric acid 2.5 – 3 g/ℓ, Catalyst 1 – 2 cc/ℓ, perbandingan berat Chrome acid dengan Asam sulfat yang paling baik adalah 100 : 1, sedangkan Sulfuric acid yang digunakan adalah Sulfuric acid pro analisis. Pada saat kondisi operasi suhunya berkisar antara 25 – 48 0C, rapat arus 2.5 – 10 Amp/dm2 .
Cara Pengujian :
a. Siapkan alat dan bahan yang akan dilapisi
b. Lakukan persiapan sebelum pelapisan sesuai prosedor yang benar.
c. Perhatikan keamanan dan keselamatan kerja
d. Sambungkan dengan tegangan listrik sesuai dengan kapasitasnya e. Perhatikan temperatur
suhu larutan
f. Lakukan proses elektroplating sesuai tahapan yang benar
4. Hasil dan Diskusi
Parameter-parameter yang berpengaruh terhadap kualitas pelapisan nikel :
a. Konsentrasi Larutan Konsentrasi ini akan berkaitan dengan nilai pH dari larutan, pada larutan elektrolit nikel mempunyai batas-batas pH yang diinginkan agar proses tersebut berlangsung baik, berkisar antara 1,5-5,2.
Jika nilai pH melebihi dari nilai yang diijinkan maka akan terjadi sumuran pada permukaan pelapisan dan lapisan nikel kasar pada permukaan benda-benda yang dilapisi .
b. Rapat Arus
Rapat arus adalah harga yang menyatakan jumlah arus listrik yang mengalir persatuan luas permukaan elektroda, terbagi menjadi dua dengan faktor konsentrasi larutan berkaitan dengan nilai pH larutan (4-6).
Faktor konsentrasi larutan pada proses pelapisan nikel pada penelitian ini merupakan parameter yang konstan, dan tidak diteliti lebih jauh pengaruh dari faktor konsentrasi larutan tersebut terhadap tebal
Pengaruh Rapat Arus… 7 lapisan nikel pada
permukaan benda kerja.
Adapun penelitian ini dititik beratkan terhadap parameter arus, temperatur dan waktu pelapisan terhadap tebal pelapisan nikel yang dihasilkan.
Pada pemakaian rapat arus yang konstan dengan memvariasikan waktu pelapisan maka dari hasil pengujian tebal pelapisan dapat dilihat bahwa semakin lama waktu pelapisan maka rata-rata hasil pelapisan nikel yang terjadi pada permukaan semakin tebal dengan ampere konstan yang relatif besar.
Pelapisan permukaan yang paling tebal diperoleh pada waktu pelapisan selama 15 menit, yaitu 75 µm pelapisan nikel pada permukaan paling tipis diperoleh pada waktu pelapisan 5 menit yaitu 8,33 µm. Nilai pH untuk keseluruhan proses yang dilakukan dalam penelitian ini merupakan parameter tetap.
Pada hasil pengujian tebal pelapisan untuk
penggunaan arus yang berbeda dengan waktu yang digunakan konstan, maka tebal pelapisan tertinggi diperoleh pada saat arusnya adalah 5-8,5 ampere (75µm) dan tebal pelapisan yang rendah diperoleh pada saat arusnya adalah 0,5- 1ampere (8.33µm) jadi dapat disimpulkan bahwa semakin lama waktu pelapisan serta arus besar relatif konstan yang
digunakan maka
pelapisan nikel yang terjadi pada permukaan semakin tebal.
Dengan kuat arus tetap 0,5-1 ampere dan waktu 5 menit, menghasilkan pelapisan setebal 8,33 µm. Sedang dengan kuat arus yang lebih tinggi (5-8,5 ampere) tebal pelapisan yang diperoleh adalah 75 µm, atau sekitar ±80 0/0 lebih tebal dari hasil pelapisan pada 0,5-1 ampere. Kedua proses dilakukan pH larutan yang sama yaitu (4-6).
Kondisi tersebut kemungkinan (merupakan praduga yang didukung oleh teori yang ada)
Pengaruh Rapat Arus… 8 diakibatkan oleh beberapa
faktor. Diantaranya adalah konsentrasi larutan yang digunakan pada saat proses pelapisan. Secara teoritis konsentrasi larutan ini akan berkaitan dengan nilai pH dari larutan.pada larutan elektrilit nikel mempunyai batas-batas pH yang diijinkan agar proses tesebut berlansung baik, berkisar antara 1,5- 5,2 jika nilai pH melebihi dari nilai yang diinginkan maka akan terjadi sumuran pada permukaan benda yang dilapisi.
Sebaiknya penelitian lebih lanjut Harus dilakukan serangkaain pengujian untuk mendapatkan data-data tentang sejauh mana pengaruh dari faktor konsentrasi
larutanterutama PH larutan yang digunakan untuk mendapatkan mutu pelapisan yang baik untuk temperatur 500C dengan waktu pelapisan 15 menit terjadi penurunan nilai dari tebal pelapisan dibandingkan dengan temperatur 400C.
penurunan nilai tebal
pelapisan terjadi pula pada arus 0,5-1 ampere dan temperatur 500C dengan waktu pelapisan 10 menit serta temperatur 600C dengan waktu pelapisan 5 menit. Secara teoritis bahan kenaikan temperatur akan meyebabkan naiknya konduktifitas dan difusitas larutan elektrolit, berarti tahanan elektrolit akan mengecil sehingga potensial dibutuhkan untuk mereduksi ion-ion logam berkurang sehingga hasil pelapisan yang dihasilkan pada, permukaan logam akan menurun.
Dari hasil pengujian ini dapat dijadikan dasar untuk melakukan proses pelapisan nikel dalam menentukan arus, waktu tebal ahir dari pelapisan nikel yang diinginkan.
Misalkan hanya ingin menginginkan tebal pelapisan dalam waktu antara (10-15 menit), maka tidak usah menggunakan arus yang kecil dan waktu pelaspisan yang lama sehingga dapat menekan waktu proses. Arus yang
Pengaruh Rapat Arus… 9 dapat digunakan adaah
antara 5-8,5 ampere, waktu pelaisan antara 5- 10 menit dan temperatur pelapisan (40-50)0C.
Kondisi temperatur harus dijaga konstan, jangan sampai mengalami penigkatan maupun penurunan yang cukup besar karena akan mempengaruhi nilai kualitas maupun kuantitas dari tebal pelapisan yang dihasilkan.
Dalam pelapisan dengan menggunakan tegangan tinggi tidak berpengaruh terhadap pelapisan, dan dalam
pelapisan yang
berpengaruh adalah arus bukan tegangan, yang mana akan menentukan tebal pelapisan. Arus besar ataupun kecil sangatlah berpengaruh terhadap hasil pelapisan bila arus kecil maka waktu yang dibutuhkan atau dilakukan adalah waktu yang lama agar supaya bisa mendapatkan hasil pelapisan yang maksimal. Dan pada saat arus besar maka yang dibutuhkan waktu yang singkat hal ini
dikarenakan arus besar yang cepat mengalir dari yang rendah ketinggi dan hal ini menyebabkan arus terlalu cepat mengalir ke katoda sehingga hasil pengikisan anoda kurang maksimal dibawa oleh arus menuju ke katoda atau bahan yang akan dilapisi maka trjadilah kerak hitam yang disebabkan oleh cairan dari bahan pelapis. Dan yang berpengaruh lain adalah yaitu luasan benda itu sendiri karena dalam pelapisan yang bekerja adalah A/cm2 semakin besar luasan maka arus yang dibutuhkan adalah semakin besar pula.
Dalam tebal pelapisan yang akan kita praktikkan adalah tentang cepat atau lambatnya waktu dalam pencelupan arus kecil maka memungkinkann
lamannya waktu
pencelupan agar hasil dapat tebal dalam pelapisan. Semakin besar arus maka semakin cepat pula dalam pencelupan hal ini dikarenakan menghindari kerak hitam dalam pelapisan dan
semakin cepat
Pengaruh Rapat Arus… 10 pengangkatan katoda
secara kontinyu maka bisa didapatkan hasil yang maksimal. Maka yang diperlukasn dalam
pelapisan adalah besar kecil arus dan lama atau tidaknya dalam waktu pencelupan.
No. Arus (Ampere)
Waktu (menit)
Tebal (µm) 1
2 3 4 5 6 7 8 9 10
0,5-1 0,5-1
2 2 3 3 4 4 5 5
5 15
5 15
5 15
5 15
5 15
8,33 33 15,5
39 21,5
45 27,5
51 33,5
57 Tabel Hasil pengujian tebal pelapisan pada proses pelapisan nikel
5. Kesimpulan
Dari hasil penelitian, terlihat bahwa laju pelapisan pada arus yang semakin tinggi untuk kondisi waktu yang sama akan memberikan nilai ketebalan yang semakin besar demikian pula halnya dengan lama waktu pelapisan yaitu semakin lama waktu pelapisan, tebal pelapisan yang dihasilkan juga semakin besar.
Daftar Pustaka
ASM Metal Hand Book, 1997.
Vol.2, Heat Treating Cleaning and Finishing.
Electroplating Handbook, Mc.
Graw Hill, 1971. New York Greenwood David J, 1971, Hard
hromium Plating, Robert Ltd Tedding.
Metal Handbook”, Vol.2, American Society for Metal, 8th Edition.
Saleh A.1996, Teknik Pengerjaan Pendahuluan Untuk Proses Pelapisan, Balai Besar Pengembangan Industri Logam dan Mesin, Bandung
