Pengaruh Konsentrasi NaCl Terhadap Ketahanan
Korosi Lapisan Hasil Hot Dip Galvanizing Pada
Cold Rolled Steel AISI 1020
Oleh
Fitria Indah Nur Aini (2706 100 012)
Dosen Pembimbing:
Prof. Dr. Ir. Sulistijono, DEA
Dr. Diah Susanti, ST, MT.
• Abstrak
Berbagai bidang kehidupan tidak lepas dari penggunaan logam, terutama baja. Tidak sedikit baja-baja tersebut mengalami proses pembentukan logam yang berkaitan dengan
perubahan dimensi dan ukuran. Proses pembentukan dapat dilakukan dengan
pengerjaan dingin (cold work). Deformasi plastis yang terjadi meninggalkan tegangan sisa. Penempatan komponen baja harus diperhatikan, terutama pada lingkungan ber ion (Cl-,) dalam hal ini adalah garam (NaCl). Pengaruh lingkungan dengan ion Cl- akan
menyebabkan korosi baja. Kerugian yang diakibatkan korosi dapat dikurangi dengan proses pelapisan logam dengan logam lain yang lebih anodik. Salah satunya adalah Hot Dip Galvanizing. Hot Dip Galvanizng menggunakan seng sebagai logam pelapisnya.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari pengaruh konsentrasi larutan NaCl terhadap ketahanan korosi lapisan hasil Hot Dip Galvanizing pada cold rolled steel AISI 1020. Dalam penelitian ini digunakan derajat deformasi 0 % dan 40 % serta variasi
konsentrasi dari NaCl 0.2 M, 0.35 M, dan 0.5 M. Perhitungan laju korosi diperoleh melaui metode polarisasi potensiodinamik.
Hasilnya menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi NaCl semakin tinggi pula laju korosi pada masing-masing lapisan. Laju korosi tertinggi pada lapisan Zn, FeZn dan Fe masing-maisng yaitu 60,8237mpy, 5,4666 mpy dan 25,7589 mpy. Lapisan paduan FeZn memiliki laju korosi terendah daripada lapisan Zn dan Fe.
• Kata Kunci: Konsentrasi NaCl, Hot Dip Galvanizng, laju korosi, Cold Rolled Steel
Latar Belakang
Baja karbon banyak
digunakan pada
berbagai komponen
permesinan dan
konstruksi
Proses pengerjaan
dingin pada baja
meninggalkan
tegangan sisa
Korosi pada baja
menyebabkan
banyak kerugian
Lingkungan
penempatan
komponen
Cara penanggulangan
korosi --> Hot Dip
• Bagaimana pengaruh variasi konsentrasi
larutan NaCl terhadap ketahanan korosi
lapisan hasil Hot Dip Galvanizing pada cold
rolled steel.
• Hasil cold work dianggap homogen.
• Hasil Hot Dip Galvanizing dianggap merata dan
homogen.
• Parameter Hot Dip Galvanizing dianggap konstan.
• Pengaruh agitasi diabaikan.
• Tidak terjadi perubahan terhadap temperatur
dan volume larutan sepanjang waktu.
• Tujuan penelitian ini adalah mempelajari
pengaruh variasi konsentrasi larutan NaCl
terhadap ketahanan korosi lapisan hasil Hot
Dip Galvanizing pada cold rolled steel AISI
1020.
Rulendro Prasetyo, Agung Setyo D,
Bibit Sugito.2009. Pengaruh Variasi
Konsentrasi Larutan NaCl Dengan
Konsentrasi 3,5%, 4%, 5%
Terhadap Laju Korosi Baja Karbon
Sedang
“
semakin tinggi
konsentrasi NaCl
semakin cepat korosi
yang terjadi”.
A.P. Yadav, A. Nishikata, T.
Tsuru. 2007. Effect of Fe–Zn
alloy layer on the corrosion
resistance of galvanized steel
in chloride containing
environments. Japan
“Laju korosi lapisan
paduan lebih rendah dari
lapisan zinc coating dan
paling rendah dari
keseluruhan lapisan hasil
Hot Dip Galvanizing”
IGA Kade Suriadi dan IK
Suarsana .2007. Prediksi laju
korosi
dengan
perubahan
besar
derajat
deformasi
plastis dan media pengkorosi
pada material baja Karbon.
”laju
korosi
semakin
meningkat seiring dengan
meningkatnya
derajat
deformasi”.
Ronald Nasoetiopan dan Ling
Musalam.2004.
Pengaruh
klorida terhadap laju korosi
baja karbon dan baja tahan
karat
dengan
sistem
intermittent immersion test.
“pada baja karbon pengaruh
ion Cl- meningkatkan laju
korosi yang cukup besar baik
pada pengaruh waktu yang
sama maupun berbeda”.
Proses pengerjaan dingin (cold wrking)
• Cold working adalah suatu proses pembentukan
secara plastis terhadap logam atau paduan yang
dilakukan di bawah temperatur rekristalisasi (van
vlack, 1991).
Penentuan Derajat Deformasi
Persamaan 2.1. penentuan derajat deformasi ( Datsko, 1996 )
Korosi
• Korosi dapat diartikan sebagai penurunan
mutu atau perusakan suatu logam karena
bereaksi dengan lingkungannya. Reaksi ini
menghasilkan oksida logam, sulfida logam
atau hasil reaksi lainnya. Dengan bereaksi ini
sebagian logam akan “hilang” dan menjadi
suatu senyawa yang lebih stabil.
Pengaruh lingkungan terhadap korosi
• Temperatur
Secara umum kenaikan temperatur menyebabkan kenaikan laju korosi
• pH
• Bahan pengotor dan komposisi media
Bahan pengotor di media korosif bisa berupa karbondioksida (CO
2),
sulfurdioksida (SO
2), sulfurtrioksida (SO
3), senyawa nitrat, asam belerang, ion –
ion sulfur, ion – ion klorida, dll. Bahan pengotor bersifat mempercepat laju
korosi karena menurunkan pH (menaikkan derajat keasaman) media korosif.
(Sulistijono.1999)
• Kecepatan elektrolit
Secara umum laju korosi meningkat seiring dengan kenaikan kecepatan media
korosif
• Pengaruh konsentrasi elektrolit
Konsentrasi media korosif berpengaruh terhadap laju korosi bergantung dari jenis
media tersebut dan jenis logam yang berada dimedia tersebut.
Hot Dip Galvanizing
Degreasing (caustic cleaning)
Proses pembersihan dilakukan dengan menggunakan larutan NaOH (soda kaustik)
dengan konsentrasi 5% – 10% pada suhu 70o C – 90o C selama kurang lebih 10 menit.
Rinsing
Pembilasan dengan air
Pickling
spesimen dengan cara dicelupkan ke dalam larutan HCl (asam klorida) atau larutan H2SO4 (asam sulfat) dengan konsentrasi 10%–15% selama 15 – 20 menit.
Fluxing
Proses fluxing merupakan proses pelapisan awal dengan menggunakan Zinc Amonium
Cloride (ZAC) dengan konsentrasi 20% – 30% selama 5 – 8 menit.
Drying
Proses drying merupakan proses pengeringan dan pemanasan awal dengan menggunakan gas panas yang suhunya kurang lebih 150o C,
galvanizing
Pencelupan spesimen ke dalam cairan seng
Quenching
mencelupkan spesimen ke dalam larutan sodium cromate dengan konsentrasi 0,015% pada suhu kamar ataupun dengan menggunakan air.
M E T O D O LO G I
P E N E LIT IA N
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
Diagram Alir
Spesimen tanpa cold work (0% cold work)
Spesimen yang di-cold
work ( 40 % )
Pelapisan dengan metode Hot Dip Galvanizing
Penggosokkan sampai lapisan Fe, Fe-Zn, Zn
Imersi spesimen pada larutan NaCl 0,5 M
selama 35hari potensiodinamik dengan Pengujian polarisasi variasi larutan elektrolit 0,2 M
NaCl; 0,35 M NaCl dan 0,5 M NaCl
Pengujian XRD
Pengambilan data Analisa data dan pembahasan
Penarikan kesimpulan Preparasi alat dan bahan
start End Pengamtan visual menngunakan mikroskop optik Pemotongan penampang melintang Uji spektrometri
Adapun bahan yang digunakan dalam penelitian ini sebagai berikut:
1.
Base metal
Material yang digunakan dalam penelitian ini yaitu AISI 1020dengan
tebal awal 7,2 mm.
2.
Larutan NaCl 0,2 M; 0,35 M; 0,5 M
3.
Larutan NaOH 10%
4.
Larutan HCl 15 %
5.
Larutan Zinc Ammonium Chloride
(ZnCl2-2NH
4Cl) 30 %
6.
Seng Special High Grade
• Peralatan yang akan digunakan pada penelitian kali ini, antara lain :
Jangka Sorong dan penggaris
Kertas gosok grid 2000
Gerinda tangan
Gergaji besi
Alat potong plat
Gelas ukur
Sendok berbahan dasar plastik
Kabel
Pipet
Stopwatch
Hair dryer
Mesin pres
Kamera Digital
Mikroskop optik
Peralatan pengujian XRD ( X-Ray Diffraction )
Peralatan pengujian polarisasi potensiodinamik.
1.
Preparasi spesimen
2.
Cold work dengan derajat deformasi 0% dan 40%
3.
Hot Dip galvanizing
Tahap pengerjaan awal (pre treatment)
• Benda uji dimasukkan ke dalam larutan 10% NaOH pada
temperatur 65
oC selama 15 menit untuk menghilangkan
lemak,cat dan kotoran organik lainnya.
• Pembilasan dilakukan dengan air pada bak air
• Benda uji dimasukkan ke dalam larutan 15% HCl selama 15
menit sampai noda-noda oksidasi atau karat hilang.
• Pembilasan dilakukan dengan air pada bak air.
• Pelapisan awal dilakukan dengan mencelupkan benda uji ke
dalam larutan 25% Ammonium Chloride (NH4Cl) pada
temperatur 65
oC selama 5 menit.
• Benda uji dikeringkan sampai benar-benar kering menggunakan
hair dryer.
Tahap Pelaksanaan Galvanizing • Seng dipanaskan hingga mancair.
• Temperatur seng cair dijaga agar mencapai temperatur yang diinginkan (445o
C-465oC).
• Stop watch disiapkan dan diaktifkan pada saat benda kerja dicelupkan.
• Benda uji dicelupkan ke dalam bak Galvanizing pada temperatur yang diinginkan yaitu pada temperatur 450oC. Benda uji yang dicelupkan selama 5 menit.
• Pendinginan dilakukan dengan mencelupkan benda yang telah terlapisi kedalam air selama 5 menit.
• Finishing dilakukan dengan menggerinda pada benda uji yang terdapat sisa-sisa seng yang menempel.
5. Penggosokan lapisan hasil Hot Dip Galvanizing menggunakan kertas gosok grid 2000. Penggosokan dilakukan pada lapisan Zn, Fe-Zn, dan Fe.
6. Pengujian polarisasi potensiodinamik
Elektroda kerja : spesimen
Elektroda bantu : batang karbon
Elektroda acuan : saturated calomel electrode (SCE)
5. Pengujian XRD
6. Pengamatan visual dengan mikroskop optik 7. Analisa data dan pembahasan
Hasil uji
spektrometri
Komposisi AISI 1020
No.
Komposisi
Kadar (%)
1.
Fe
98,2900
2.
C
0,1700
3.
Si
0,1500
4.
Mn
0,8500
5.
Cr
0,1000
6.
Ni
0,0360
7.
Mo
0,0018
8.
Cu
0,3400
9.
Al
0,0000
10.
V
0,0130
11.
W
0,0530
12.
Ti
0,0000
13.
Nb
0,0000
14.
B
0,0000
15.
S
0,2000
16.
P
0,0280
PENENTUAN LAJU KOROSI
BERDASARKAN KURVA POLARISASI
POTENSIODINAMIK.
Laju Korosi pada Kurva Polarisasi
Potensiodinamik
• dimana :
CR
= Laju korosi (mm/yr)
K1
= 3,27 x 10
-3g/µA cm yr
Icorr = Rapat Arus saat Ecorr (µA/cm
2)
ρ
= density (g/cm3)
EW = Equivalent Weight (Berat
Ekivalen)
Zn
EW = 32,695 ρ = 7,14
FeZn
EW = 32,4001 ρ = 7,1826
Fe
EW = 27,78
ρ = 7,85
• Persamaan 2.3 Laju Korosi pada Kurva Polarisasi Potensiodinamik
Tabel 4. 3. Laju Korosi pada tiap konsentrasi NaCl dan lapisan yang didapatkan melalui kurva polarisasi potensiodinamik
% cold work Konsentrasi
NaCl ( M ) Lapisan
Polarisasi Potensiodinamik
Eo(V) Ecorr(V) Icorr (µA/cm2) Corrosion Rate
(mpy) 0% 0,2 Zn -1.0825 -1 0.73 0.4305 Fe-Zn -0.98125 -0.995 0.2 0.1162 Fe -0.39873 -0.391 0.31 0.1413 0,35 Zn -1.098 -1.108 0.85 0.5013 Fe-Zn -1.03125 -1.055 0.21 0.1220 Fe -0.585 -0.599 0.32 0.1458 0,5 Zn -1.04209 -1.057 3.02 1.7810 Fe-Zn -1.0522 -1.049 0.88 0.5112 Fe -0.505 -0.519 1.11 0.5059 40% 0,2 Zn -1.025 -1.02 3.57 2.1053 Fe-Zn -1.035 -1.056 0.22 0.1278 Fe -0.37125 -0.477 0.6 0.2734 0,35 Zn -1.021 -1.02 21.26 12.5374 Fe-Zn -1.03836 -1.03 4.48 2.6026 Fe -0.53636 -0.531 15.36 7.0003 0,5 Zn -0.98036 -1.049 103.14 60.8237 Fe-Zn -1.05 -1.051 9.41 5.4666 Fe -0.65 -0.677 56.52 25,7589
Gambar 4.7. laju korosi berbagai lapisan dan konsentrasi NaCl pada baja karbon rendah 0% CW
-0,2000 0,4000 0,6000 0,8000 1,0000 1,2000 1,4000 1,6000 1,8000 2,0000 0,2 0,35 0,5 C o rr o si o n R at e ( m p y) konsentrasi NaCl (M) Zn FeZn Fe -10,0000 20,0000 30,0000 40,0000 50,0000 60,0000 70,0000 0,2 0,35 0,5 C o rr o sio n R at e ( m p y) Konsentrasi NaCl (M) Zn FeZn Fe
Gambar 4.8. laju korosi berbagai lapisan dan konsentrasi NaCl pada baja karbon rendah 40% CW
Tabel 4.4. kenaikan laju korosi pada masing-masing lapisan terhadap konsentrasi NaCl dan derajat deformasi
% cold work Konsentrasi NaCl ( M )
Lapisan
Corrosion rate (mpy) kenaikan laju korosi berdasarkan konsentrasi
(%)
kenaikan laju korosi berdasarkan derajat deformasi
(%) 0% 0,2 Zn 0.4305 - -Fe-Zn 0.1162 - -Fe 0.1413 - -0,35 Zn 0.5013 16.44 -Fe-Zn 0.1220 5.00 -Fe 0.1458 3.23 -0,5 Zn 1.7810 313.70 -Fe-Zn 0.5112 340.00 -Fe 0.5059 258.06 -40% 0,2 Zn 2.1053 - 389.04 Fe-Zn 0.1278 - 10.00 Fe 0.2734 - 93.55 0,35 Zn 12.5374 495.52 2,401.18 Fe-Zn 2.6026 1,936.36 2,033.33 Fe 7.0003 2,460.00 4,700.00 0,5 Zn 60.8237 2,789.08 3,315.23 Fe-Zn 5.4666 4,177.26 969.32 Fe 25.7589 9,320.00 4,991.89
Gambar 4.10. Penampang
melintang lapisan hasil Hot
Dip Galvanizing 40% CW
Gambar 4.9. Penampang
melintang lapisan hasil Hot
Dip Galvanizing 0% CW
Penampang melintang lapisan hasil Hot
Dip Galvanizing
Hasil XRD Lapisan Terluar Hasil Hot Dip Galvanizing
10 20 30 40 50 60 70 80 90 0% CW 40% CWre
la
tiv
e
in
te
ns
ity
o 2 theta : NiSi : Zn : ZnOKesimpulan
Dari percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan :
Penambahan konsentrasi larutan NaCl menyebabkan
kenaikan laju korosi AISI 1020 hasil Hot Dip
Galvanizing, baik yang mengalami maupun yang tidak
mengalami cold roll. Laju korosi terbesar yaitu lapisan
Zn pada AISI 1020 di konsentrasi 0,5M NaCl.
Laju korosi lapisan paduan FeZn lebih rendah dari
lapisan zinc coating dan Fe. Laju korosi lapisan paduan
merupakan yang terendah dari seluruh lapisan hasil
Saran
Saran yang dapat diberikan:
Percobaan dilakukan pada konsentrasi NaCl yang lebih
tinggi sehingga dapat mengetahui nilai konsentrasi
optimum dari NaCl terhadap laju korosi lapisan hasil
Hot Dip Galvanizing.
Perlu adanya variasi temperatur pada pengujian
selanjutnya untuk melihat kinerja lapisan hasil Hot Dip
Galvanizing pada temperatur tinggi.
Perlu adanya variasi kecepatan fluida pada pengujian
selanjutnya untuk melihat kinerja lapisan hasil Hot Dip
Galvanizing pada fluida yang bergerak.
• ____________.2004. Hot Dip Galvanizing For Corrosion Prevention. USA : • American Galvanizers Association ( AGA ).
• ____________.2002. “Standar Practice for Calculating of Corrosion Rates and Related Information from Electrochemical Measurement”. G102, Annual Book ASTM Standar. • ____________.2002. “Standar Reference Test Method for Making Potensiostatic and
Potensiodynamic Anodic Polarization Measurement”. G5, Annual Book ASTM Standar, vol.03.02,ASTM, West Chonshocken,PA.
• ____________.2002. “Standar Test Method for Conducting Potensiodynamic Polarization Resistance Measurement”. G59, Annual Book ASTM Standar, vol.03.02,ASTM, West Chonshocken,PA.
• ____________.2002. “Standar Specification for Zinc (HDG) Coating on Iron and Steel Product”. A123, Annual Book ASTM Standar.
• Anggara, Tri Teguh.2007. Pengaruh Variasi Temperatur Proses Pelapisan Metode Hot
Dip Galvanizing Terhadap Tebal Lapisan, Struktur Mikro dan Korosi Pada Baja Karbon Rendah.Semarang:Universitas Negeri Semarang.
• A.P. Yadav, A. Nishikata, T. Tsuru. 2007. Effect of Fe–Zn alloy layer on the corrosion
resistance of galvanized steel in chloride containing environments. Japan.
• Askeland, Donald R.1984.The Science And Engineering Of Materials.
• Datsko, Joseph.1996.Material Properties and Manufakturing Process, second edition, New York.
• Fontana Mars, G.1978. Corrosion Engineering, Second edition, McGraw Hill International Book Company.
• Henkel Daniel, Pense Alan W. 2002. Structure and Properties of Engineering Materials. Fifth
edition. Amerika: McGraw Hill
• Nasoetion, Ronald.Musalam, Ling. 2004. Pengaruh Klorida Terhadap Laju Korosi Pada Baja
Karbon dan Baja Tahan Karat Dengan Sistem Intermitten Immersion Test. Serpong: LIPI
• Prasetyo, Rulendro.2009.Pengaruh Variasi Konsentrasi Larutan NaCl dengan konsentrasi
3,5%, 4% dan 5% Terhadap Laju Korosi Baja Karbon Sedang.Surakarta: Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
• Sulistijono.2000. Diktat Korosi dan Analisa Kegagalan. Surabaya: ITS.
• Syahbuddin, dan Abdul Rahmam.2003.Pertumbuhan Lapisan Intermetalik FeZn Pada
Permukaan Sambungan Las Baja Struktur SS400 Selama Galvanis Pada 460oC.Jakarta:Universitas Gunadarma.
• Supardi Rahmat. 1997. Korosi. Bandung: Tarsito
• Suriadi, IGA Kade, dan Buchanan, R.A. 2007. Prediksi Laju Korosi Dengan Perubahan Besar
Derajat Deformasi Plastis dan Media Pengkorosi Pada Baja Karbon. Bali : Universitas
Udayana.
• Trethewey, KR. dan Chamberlain, J. 1991. Korosi untuk Mahasiswa dan Rekayasawan.
Jakarta : PT. Gramedia Pustaka Utama.
• Van Vlack, Lawrence H., 1991, Ilmu dan Teknologi Bahan (Ilmu Logam dan Bukan Logam),
alih bahasa Ir. Sriati Japrie M.E.E .Met,Penerbit Erlangga Jakarta.
• Zbigniew D. J., 1987, The Nature and Properties of Engineering Materials, third edition, New