NASKAH PUBLIKASI ILMIAH
PENGARUH VARIASI WAKTU CELUP 4, 6 DAN 8 DETIK
TERHADAP TEBAL LAPISAN DAN KEKASARAN TEMBAGA
PADA PELAT BAJA KARBON SEDANG DENGAN PROSES
ELEKTROPLATING
Disusun Untuk Memenuhi Tugas Dan Syarat-Syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjana S1 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta
Disusun :
FIRMAN RAHMAT SYAM
NIM : D 200 07 0044
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
HALAMAN PENGESAHAN
Naskah pubrikasi
[miah
berjudur .PENGARuH
vARrAsr
WAKTU
CELUP
4,
6
DAN
8
DETIK
TERHADAP
TEBAL
LAPISAN
DAN
KEKASARAN TEMBAGA
PADA
PELAT
BAJA
KARBON
SEDANG
DENGAN
PRosEs
ELEKTROPLATTNG" terahdisetujui
oreh pembimbingdan diterima untuk memenuhi sebagian persyaratan
memperorehderajat
sarjana
51
pada jurusan Teknik Mesin
Fakultas
Teknik
UniversitasMuhammadiyah Surakarta. Dipersiapkan
Oleh
:Nama
:Firman Rahmat Syam
Nim
: D 200At hO44
Pembimbing
Utama Pembimbrngpendamping
le"
Ketua Jurusan
Teknik
Mesin Universitas Muhf mmadiyah SurakartaI
PENGARUH VARIASI WAKTU CELUP 4, 6 DAN 8 DETIK TERHADAP TEBAL LAPISAN DAN KEKASARAN TEMBAGA PADA PELAT BAJA
KARBON SEDANG DENGAN PROSES ELEKTROPLATING
Firman Rahmat Syam, Bibit Sugito, Pramuko Ilmu Purboputro
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartosuro
Email : firmancoii@yahoo.com
ABSTRAKSI
Elektroplating atau proses pelapisan suatu logam dengan logam
lain dengan cara elektrolisa, bertujuan untuk melindungi logam yang
mudah rusak atau korosi dengan logam yang lebih tahan karat. Penelitian
tentang elektroplating pada plat baja karbon rendah ini bertujuan untuk
mengetahui pengaruh waktu celup terhadap ketebalan pelapisan tembaga.
Pada pengujian ini digunakan bahan tembaga untuk melapisi plat
baja karbon sedang setebal 15 mm. Tegangan 12 volt dan bak yang
digunakan sebagai tempat larutan elektrolit terbuat dari plastik
berkapasitas 30 liter sebanyak 3 buah, masing-masing untuk proses
pelapisan tembaga. Dengan menggunakan variasi waktu celup yang telah
ditentukan. Setelah jadi material diuji tingkat ketebalan lapisan kedua
logam tersebut dengan alat uji foto mikro, coating gauge dan Surface
roughness Tester.
Dari pengujian ketebalan lapisan diperoleh nilai rata-rata ketebalan
lapisan dengan variasi waktu 4 detik sebesar 0.622 µm, 6 detik sebesar
0.718 µm, 8 detik sebesar 0.755 µm. Dan dari hasil pengujian kekasaran
dengan variasi waktu 4 detik sebesar 0.1100 µm, 6 detik sebesar 0.2527
µm, 8 detik sebesar 0.2808 µm.
Kata kunci : Electroplating, Tembaga, Coating Gauge, Surface
HALAMAN PENGESAHAN
Naskah Publikasi Ilmiah berjudul “PENGARUH VARIASI WAKTU CELUP
4, 6 DAN 8 DETIK TERHADAP TEBAL LAPISAN DAN KEKASARAN TEMBAGA PADA PELAT BAJA KARBON SEDANG DENGAN PROSES ELEKTROPLATING” telah disetujui oleh pembimbing dan disahkan
koordinator sebagai syarat untuk Seminar Tugas Akhir dan Ujian Tugas Akhir pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan Oleh :
Nama : Firman Rahmat Syam Nim : D 200 07 0044
Disetujui pada
Hari : ... Tanggal : ...
Pembimbing Utama Pembimbing Pendamping
Ir. Bibit Sugito, MT Pramuko Ilmu Purboputro, Ir. MT
Ketua Jurusan Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta
A. PENDAHULUAN 1. Latar Belakang
Dalam proses pengerjaan mesin, baja merupakan salah satu logam yang paling banyak digunakan karena secara umum baja memiliki sifat yang tangguh. Namun salah satu kelemahan baja ialah dapat terkorosi secara cepat ketika berada di udara, lingkungan berair maupun media asam, sehingga perlu dilakukan proteksi untuk menurunkan laju korosi baja. Pelapisan logam atau plating merupakan perlindungan logam yang cukup efektif untuk mengatasi korosi.
Dimana elektroplating atau proses pelapisan suatu logam dengan logam lain dengan cara elektrolisa, bertujuan untuk melindungi logam yang mudah rusak karena udara (korosi) dengan logam yang lebih tahan karat. Proses pelapisan logam termasuk ke dalam proses pengerjaan akhir (metal finishing). Fungsi utama dari pelapisan logam adalah memperbaiki penampilan (dekoratif).
Berangkat dari fenomena di atas maka penulis mencoba untuk menganalisa proses electroplating dengan variabel tegangan listrik dan lama proses electroplating, dimana variabel inilah yang mampu divariasikan dengan pasti jika dibandingkan dengan variabel yang lainnya. Variasi tegangan listrik yang diberikan pada proses
electroplating akan sangat mempengaruhi hasil akhir dari pelapisan
juga lama waktu proses pelapisan akan sangat mempengaruhi ketebalan dari pelapisan.
2. TUJUAN PENELITIAN
1. Merekayasa dan menguji alat pelapisan logam dengan teknik
elektroplating.
3. MANFAAT PENELITIAN
1. Bagi Akademik
a. Sebagai referensi untuk perkembangan dan penelitian selanjutnya mengenai electroplating.
b. Merupakan pustaka tambahan untuk menunjang proses perkuliahan.
c. memberikan gambaran kepada mahasiswa variabel-variabel yang berpengaruh terhadap hasil pelapisan pada proses
electroplating dengan menggunakan material pelapis khususnya
tembaga.
2. Bagi Pengembang Jasa
a. Menjadi bahan pertimbangan, untuk diperhatikan dalam proses produksi, sehingga bisa memperoleh hasil pelapisan yang jauh lebih baik.
b. Sebagai bahan informasi untuk mengetahui variabel-variabel yang berpengaruh pada pelapisan tembaga pada baja karbon sedang.
4. BATASAN MASALAH
Dalam penelitian ini, penulis memberikan batasan masalah sebagai berikut:
a) Material yang digunakan untuk dilapis adalah baja carbon sedang berupa plat dengan dimensi 100 x 50 x 15 dalam satuan millimeter.
b) Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah tembaga yang merupakan bahan pelapis.
c) Data yang akan dilakukan adalah mengukur ketebalan lapisan hasil electroplating.
e) Lama waktu proses electroplating yang dipilih adalah 4, 6, dan 8 detik.
f) Metode penelitian adalah penelitian eksperimen.
B. TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 1. KAJIAN PUSTAKA
Alin (2010) pengaruh tegangan pada proses electroplating pada baja dengan pelapis krom dan seng terhadap nilai kekerasan dan laju korosi. Penelitian ini menggunakan unsur krom dan seng sebagai bahan pelapis.
Candra, W., (2009), meneliti tentang pengaruh pelapisan nikel proses elektroplating terhadap harga fatigue, tarik dan struktur mikro poros roda depan merk Tiger. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh pelapisan nikel proses elektroplating terhadap perubahan sifat fisis dan mekanis pada baja karbon sedang HQ 705 untuk poros yang akan dibuktikan dengan pengujian fatigue untuk mengetahui pengaruh pelapisan nikel proses elektroplating.
Raharjo (2010) melakukan penelitian tentang pengaruh tegangan listrik dan waktu proses electroplating terhadap ketebalan dan juga kekerasan ada baja ST 40 yang dilapisi krom. Ketebalan lapisan dan juga nilai kekerasan meningkat seiring dengan naiknya tegangan listrik dan juga lamanya waktu proses electroplating selama 15 menit.
2. LANDASAN TEORI a) Elektroplating
Elektroplating adalah suatu proses pengendapan suatu logam pelindung yang dikehendaki diatas logam lain dengan cara elektrolisa. Biasanya elektrolisa dilakukan dalam suatu bejana yang disebut sel elektrolisa yang berisi larutan elektrolit atau rendaman (bath). Pada rendaman ini tercelup paling tidak dua elektroda. Masing-masing elektroda dihubungkan dengan arus listrik, terbagi menjadi kutub positif dan negatif dikenal dengan kutub katoda dan anoda. Komponen-komponen yang berperan penting dalam suatu proses elektroplating adalah larutan elektrolit (sumber pelapis), anoda, katoda (bahan uji), dan sirkuit luar. Mengalirnya arus searah melalui suatu larutan berkaitan dengan gerak partikel bermuatan (ion). Ujung-ujung keluar masuknya arus dari/ke larutan disebut elektroda. Seperti diketahui, pada bagian anoda reaksi yang terjadi adalah reaksi kimia sedangkan pada katoda reaksinya adalah reaksi reduksi. Pergerakan dari ion-ion larutan yang ada menyebabkan terjadinya kedua macam reaksi pada sistem elektrolisa tersebut. Ion yang bergerak migrasi ke anoda disebut anion, sedangkan yang bergerak ke katoda disebut kation. Jika arus listrik dialirkan ke dalam larutan elektrolit (larutan pelapis) akan terjadi aliran ion-ion dalam larutan. Ion positif bermigrasi ke arah elektroda negatif (katoda) dan ion negatif bermigrasi ke arah elektroda positif (anoda), bersamaan dengan ini terjadi proses pemindahan muatan pada kedua elektroda. Migrasi dari ion-ion tersebut menimbulkan reaksi reduksi (katoda/benda kerja) dan reaksi kimia (anoda).
b) Tembaga
Aplikasi yang paling penting dari pelapisan tembaga adalah sebagai suatu lapisan dasar pada pelapisan baja sebelum dilapisi tembaga dari larutan asam yang biasanya di ikuti dengan pelapisan nikel dan crom.Tembaga atau Cuprum merupakan logam yang banyak sekali di gunakan, karena mempunyai sifat hantaran arus dan panas yang baik.
Tembaga di gunakan untuk pelapisan dasar karena dapat menutup permukaan bahan yang dilapis dengan baik. Pelapisan dasar tembaga di perlukan untuk pelapisan lanjut dengan nikel yang kemudian diakhiri dengan pelapisan krom. Untuk kebutuhan pelapisan tembaga sendiri, sangat di perlukan untuk pemakaian listrik. Dalam hal ini pelapisan tembaga di lakukan dua kali pelapisan tembaga. yang pertama di lakukan pelapisan tembaga cyanid dan di akhiri pelapisan tembaga asam, di mana pada pelapisan asam, ketebalan lapisan tembaga bisa di sesuaikan, sesuai dengan ketebalan yang di inginkan. Semakin tebal lapisan tembaga asam maka daya tahan baja lebih awet dan baik.
a. Sifat-sifat fisika tembaga
¾ Logam berwarna kemerah merahan dan berkilau.
¾ Dapat di tempa dan di bengkokan.
¾ Merupakan penghantar panas dan listrik yang baik.
¾ Titik leleh : 1.083 oC, dan Titik didih : 2.301 oC.
b. Sifat-sifat kimia tembaga
¾ Di udara kering sukar teroksidasi, akan tetapi jika di panaskan akan membentuk oksida tembaga (CuO).
¾ Tidak dapat bereaksi dengan larutan HCl encer maupun H2SO4 encer.
¾ Dapat bereaksi dengan H2SO4 pekat maupun HNO3 pekat dan encer.
c) Baja Karbon Sedang
Baja merupakan paduan yang terdiri dari unsur besi (Fe) dan karbon (C) serta unsur-unsur tambahan lainnya. Kadar karbonya lebih rendah dari pada kadar karbon pada besi cor dan biasanya kurang dari 1,0% C. Sebagai unsur-unsur tambahan selain karbon, baja mengandung 0,20% sampai 0,70% Si ; 0,50 sampai 1,0% Mn ; 0,06% fosfor dan kurang dari 0,06% belerang. Baja dapat dibentuk melalui pengecoran, pencanaian dan penempaan. Baja merupakan logam yang paling bayak digunakan dalam dunia teknik, baik berupa plat, pipa, batang, profil, dan sebagainya.
Baja karbon sedang (medium carbon steel) mengandung karbon antara 0,25% - 0,55% C dan setiap satu ton baja karbon mengandung karbon antara 30 – 60 kg. baja karbon sedaang ini banyak digunakan untuk keperluan alat-alat perkakas bagian mesin. Berdasarkan jumlah karbon yang terkandung dalam baja maka baja karbon ini dapat digunakan untuk berbagai keperluan seperti untuk keperluan industri kendaraan, roda gigi, pegas dan sebagainya (Amstead, BH, 1995).
C. METODELOGI PENELITIAN 1. Bahan Dan Alat
Bahan
a) Bahan Kerja
b) Bahan Pelapis
Bahan yang berfungsi sebagai pelapis sekaligus anoda dalam elektroplating tembaga.
c) Bahan Kimia
Bahan kimia yang akan dilarutkan dalam larutan aquades.
9 Air aquades 90 liter
9 Brush salt 5 kg
9 Potasium cyanida 3 biji
9 Amoniak 90 ml
Alat
Alat-alat yang digunakan untuk penunjang dalam proses elektroplating mulai dari pembersihan hingga penyelupan antara lain :
1. Gerinda Polishing 2. Amplas
3. Bak plastik
4. Power Supply DC 5. Thermometer
6. Tang Amper
7. Stop Wacth.
8. Kertas pH 9. Coating gauge
10. crystal heater
11. Areometer
12. Gelas ukur
13. Sarung tangan
14. Batu ijo
15. Invert Microscope
D. HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Hasil Pengujian
[image:12.612.114.533.206.419.2]1) Pengujian Ketebalan Lapisan dengan Coating Gauge. Tabel 1. Data hasil uji ketebalan lapisan tembaga
Tegangan Waktu Tebal lapisan (µm)
(volt) (detik) Titik 1 Titik 2 Titik 3 Titik 4 Titik 5 Titik
6 Rata-rata Teoritis
4 0.68 0.42 0.48 0.59 0.69 0.87 0.622 0.201
12 6 0.62 0.58 0.90 0.80 0.69 0.72 0.718 0.309
8 0.55 0.67 0.93 0.81 0.75 0.82 0.755 0.409
[image:12.612.158.483.493.655.2]Didapatkan grafik hubungan antara waktu penahanan dengan tebal lapisan seperti ditunjukan pada gambar 1.
Gambar 1. Grafik hubungan waktu tahan celup dengan ketebalan lapisan
tembaga. 0,622 0,718 0,755 2,01 3,09 4,09 0 0.2 0.4 0.6 0.8
0 2 4 6 8 10
T e b a l la p is a n (µ m )
Waktu tahan celup (detik)
Tebal
Lapisan
Tembaga
2) Pengujian Ketebalan Lapisan dengan Foto Mikro.
Gambar 2. Foto Struktur Mikro Baja Karbon Sedang dengan waktu
tahan celup 4 detik dengan tegangan 12 volt perbesaran 200X
Gambar 3. Foto Struktur Mikro Baja Karbon Sedang dengan waktu
tahan celup 6 detik dengan tegangan 12 volt perbesaran 200X
Plat baja karbon sedang
Lapisan tembaga
Resin
Plat baja karbon sedang
Lapisan tembaga
[image:13.612.170.519.367.531.2]Gambar 4. Foto Struktur Mikro Baja Karbon Sedang dengan waktu
tahan celup 8 detik dengan tegangan 12 volt perbesaran 200X
3) Pengujian Kekasaran lapisan dengan Surface Roughness
Tester.
Tabel 2. Data hasil Pengujian kekasaran permukaan.
Spesimen Kekasaran Permukaan (µm)
waktu Ra1 Ra2 Ra3 Ra4 Ra5 Rata-rata 4 0.1638 0.1171 0.0922 0.0781 0.0988 0.1100
6 0.2713 0.3058 0.2253 0.2258 0.2357 0.2527
8 0.3442 0.2144 0.2680 0.2899 0.2878 0.2808
Didapatkan grafik hubungan antara waktu penahanan dengan tebal lapisan seperti ditunjukan pada gambar 5.
Plat baja karbon sedang
Lapisan tembaga
[image:14.612.139.505.409.548.2]Gambar 5. Grafik hasil kekasaran pada baja karbon sedang yang di
lapisi tembaga.
b. Pembahasan
Dari data hasil pengujian ketebalan lapisan proses elektroplating kalau kita amati didapatkan ketebalan lapisan yang waktu tahan celup 8 detik lebih tebal lapisannya dibandingkan waktu tahan yang lain cenderung lebih lama 4 dan 6 detik.
Sedangkan data hasil pengujian kekasaran permukaan plat baja karbon sedang yang di lapisi tembaga dengan waktu tahan celup 4 detik diperoleh tingkat kekasaran rata-rata 0.2527 µm, waktu tahan celup 6 detik diperoleh tingkat kekasaran rata-rata 0.2808 µm, dan untuk waktu tahan celup 8 detik diperoleh tingkat kekasaran rata-rata 0.1100 µm. Kita amati pada waktu tahan celup 8 detik mempunyai tingkat kekasaran paling tinggi dibandingkan waktu tahan 4 dan 6 detik.
Dari hasil pengamatan dan analisa data pada material baja karbon sedang yang telah mengalami proses elektroplating (pelapisan tembaga), menunjukkan bahwa semakin lama penambahan waktu pada proses pencelupan maka akan semakin tebal lapisan tembaga. Elektron yang lepas dari atom-atom tembaga meninggalkan anoda yang kemudian masuk kedalam larutan sebagai ion tembaga. Dalam
0,11 0,2527 0,2808 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
0 2 4 6 8 10
T in g ka t K e ka sa ra n Ra ta ‐ ra ta (µ m )
Waktu tahan celup (detik)
Tingkat
Kekasaran
Rata
‐
rata
(µm)
hal ini anoda logam tembaga terjadi reaksi kimia dan di katoda Cu+2 direduksi. Atom-atom tembaga (Cu) akan direduksi menjadi Cu+2 di anoda dan Cu+2 di reduksi menjadi atom Cu dan logam Cu ini akan menempel katoda sehingga benda akan terlapisi dengan tembaga. Semakin lama waktu deposisi semakin banyak ion tembaga yang menempel pada katoda dengan demikian lapisan yang terbentuk semakin tebal. (Riyanto, Ph.d. Elektrokimia dan aplikasinya. 2013).
E. KESIMPULAN DAN SARAN 1. Kesimpulan
Dari data hasil pengamatan dan analisis maka dapat disimpulkan sebagai berikut :
a. Pengujian ketebalan lapisan menggunakan coating gauge pada waktu 4 detik tegangan 12 volt tebal lapisan rata-rata 0.755 µm, pada waktu 6 detik tegangan 12 volt tebal lapisan rata-rata 0.622 µm, dan pada waktu 8 detik tegangan 12 volt tebal lapisan rata-rata 0,622 µm.
b. Pengujian kekasaran lapisan menggunakan surface roughness pada waktu 4 detik tegangan 12 volt kekasaran lapisan rata-rata 0.1100 µm, pada waktu 6 detik tegangan 12 volt kekasaran lapisan rata-rata 0.2527 µm, dan pada waktu 8 detik tegangan 12 volt kekasaran lapisan rata-rata 0.2808 µm.
2. Saran
Dari penelitian yang dilakukan penulis mempunyai beberapa saran sebagai berikut :
1. Merubah perbandingan larurutan elektrolit, mengurangi takaran aquadesnya.
2. Tempat larutan atau bak di modifikasi seperti menambah filter supaya air tetap mengalir dan disaring.
DAFTAR PUSTAKA
Alin, 2010, Tugas Akhir : pengaruh tegangan pada proses
electroplating pada baja dengan pelapis krom dan seng
terhadap nilai kekerasan dan laju korosi.
Alois schinmeetz, Karl Gruber 1985, Dasar-dasar elektroplating, Jakarta, PT Gramedia Pustaka Utama.
Bradbury,E. J., 1990, Dasar Metalurgi Untuk Rekayasawan, Jakarta, PT Gramedia Pustaka Utama.
Candra, W., (2009), meneliti tentang pengaruh pelapisan nikel proses elektroplating terhadap harga fatigue, tarik dan struktur mikro poros roda depan merk Tiger.
Hartomo Anton, J. ; kameko T, 1992, Mengenal Pelapisan Logam (elekroplating), Andi Offset, Yogyakarta.
Raharjo, 2010, Tugas Akhir : pengaruh tegangan listrik dan waktu proses electroplating terhadap ketebalan dan juga kekerasan ada baja ST 40 yang dilapisi krom.
Riyanto, 2013, Elektrokimia dan Aplikasinya, Andy Offset, Yogyakarta
Sembada, H.R., 2008,Tugas Akhir : pembuatan dies dengan metode elektroplating tembaga nikel dan khrom dengan variasi waktu pencelupan 2400 s, 3000 s, 3600 s dan rapat arus 7 Ampere pada polimer dengan menggunakan metode penggrafitan.
Setyanto, Boedhy, 2011, Expert in The Word of Chrome, Total Chrome, Kartasura.
