LABORATORIUM PENGENDALIAN KOROSI
LABORATORIUM PENGENDALIAN KOROSI
SEMESTER GANJIL TAHUN AJARAN 2014/2015
SEMESTER GANJIL TAHUN AJARAN 2014/2015
PRAKTIKUM PENGENDALIAN KOROSI PRAKTIKUM PENGENDALIAN KOROSI MODUL
MODUL : : Pelapisan Pelapisan TembagaTembaga PEMBIMBI
PEMBIMBING NG : : Ir. Ir. Yunus Yunus Tonapa Tonapa Sarungu, Sarungu, MTMT
Oleh : Oleh : Kelompok
Kelompok : : VV Nama
Nama : 1. Meylin : 1. Meylin 121411018121411018 2.
2. Muhamad Muhamad Nur Nur Hidayat Hidayat 121411019121411019 3.
3. Neng Neng Sri Sri Widianti Widianti 121411020121411020 Kelas
Kelas : : 3A3A
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2014
2014
Praktikum
Praktikum : : 27 27 November November 20142014 Penyerahan
Penyerahan : : 11 11 Desember Desember 20142014 (Laporan)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sebagaimana diketahui bahwa korosi tidak dapat dihindari tetapi lajunya dapat diperlambat. Korosi adalah sebuah proses kerusakan material yang disebabkan karena adanya interaksi dengan lingkungan. Untuk menghindari akibat serangan berbagai jenis korosi yang sangat merugikan tersebut diperlukan langkah-langkah pengendalian korosi diantaranya adalah pelapisan logam dengan metoda elektroplating (pelapisan listrik). Pelapisan tembaga (Cu) merupakan lapisan dasar sebelum logam dilapisi dengan logam lain yang lebih menarik dan tahan terhadap gesekan, lapisan Cu sebagai lapisan dasar karena lapisan Cu mempunyai sifat daya rekat kuat tetapi penampilan kurang menarik atau mudah berubah warna.
1.2 Tujuan Percobaan
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Pelapisan logam atau elektroplating adalah suatu proses pengendapan atau deposisi logam pada permukaan logam lain yang akan dilindungi, dengan cara elektrolisis. Elektrolisis dilakukan pada suatu bejana dikenal sebagai sel elektrolisa yang berisi larutan elektrolit dan dua jenis elektroda masing-masing dihubungkan dengan arus listrik, dimana kutub positif berfungsi sebagai anoda dan kutub negatif berfungsi sebagai katoda.
Selama proses pelapisan berlangsung akan terjadi reaksi kimia pada antar muka elektrolit-elektroda, yaitu reaksi reduksi pada katoda dan reaksi oksidasi pada anoda. Pelapisan logam bertujuan melindungi logam dasar dari korosi, meningkatkan sifat mekanis permukaan benda kerja, memperbaiki sifat dekoratif, dan lain-lain.
Pada proses pelapisan tembaga pada umumnya digunakan larutan asam dan sianida, larutan asam (asam tembaga) untuk pelapisan listrik logam sangat bertentangan dengan larutan tembaga. Perbandingan karakteristik secara umum dari dua jenis larutan ini dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
Karakteistik Asam Tembaga Tembaga Sianida Plating rate Tidak terbatas Terbatas
Electrode efficient Hampir 100% Variable
Controlling Mudah Rumit
Throwing power Kurang Baik
Covering power Kurang Baik
Avability of metal Tinggi Rendah
Perbedaan utama antara kedua jenis larutan di atas adalah larutan asam tembaga berisi ion-ion yang sederhana, sedangkan larutan sianida berisi ion-ion kompleks.
Mekanisme Reaksi : CuSO4 Cu2++ SO4
2-Reaksi di anoda : 2H2O O2 + 4H+ + 4e
Cu Cu2+ + 2e Reaksi di katoda : H2O + 2e H2 + 2OH
-Cu2+ + 2e Cu
Reaksi lain yang terjadi di anoda :
Cl- Cl2 + 2e (tidak semua Cl menjadi gas klor)
H2SO4 2H++ SO4
2-SO42- SO3 + ½ O2 + 2e
Cu + ½ O2 CuO
CuO + H2SO4.xH2O
PRINSIP DASAR ELECTROPLATING
Prinsip dasar electroplating adalah melapisi permukaan benda kerja dengan logam jenis lain untuk memperbaiki kualitas permukaan dari benda kerja tersebut. Proses pelapisan tersebut bisa berlangsung dengan bantuan arus listrik DC dengan media larutan elektrolit (larutan penghantar).
a. Bak Plating
Bak Plating harus terbuat dari bahan yang tahan dengan larutan elektrolit yang digunakan. Umumnya terbuat dari PVC atau PP. Untuk ukuran yang besar bisa menggunakan besi atau semen yang dilapisi PVC atau PP. Ukuran bak menentukan ukuran dan jumlah barang yang bisa diproses.
b. Anoda
Anoda dihubungkan dengan kutub positip dari rectifier. Anoda biasanya terbuat dari logam yang akan dilapiskan. Dengan adanya arus listrik anoda tersebut bisa larut ke dalam larutan elektrolit. Dalam waktu bersamaan ion logam dalam larutan yang dekat dengan benda kerja, berubah menjadi logam dan melapisi benda kerja. Contohnya anoda Nickel, Copper, Zinc, Tin, dan Brass.Ada juga anoda yang tidak bisa larut. Jadi untuk menggantikan ion logamnya harus ditambahkan bahan kimia ke dalam larutan elektrolit, seperti anoda chrom, carbon, Platinize Titanium, dan Stainless Ste el.
c. Katoda
Katoda atau benda kerja dihubungkan dengan kutub negatip dari rectifier. Permukaan benda kerja yang dekat dengan anoda akan lebih mudah terlapisi dibandingkan dengan
yang lebih jauh atau terhalang. Dengan mengatur posisi benda kerja terhadap anoda akan membantu meratakan lapisan dan mempercepat proses plating.
d. Lapisan logam
Lapisan logam yang terbentuk mempunyai karakteristik yang khusus. Tergantung dari kadar kandungan bahan kimia dalam elektrolit, kondisi proses, dan kualitas arus listrik. Diperlukan pengetahuan yang lebih dalam tentang elektroplating untuk bisa menghasilkan lapisan logam dengan karakteristik yang sesuai dengan kebutuhan. Lapisan logam ini dalam satuan micron, dan bisa diukur dengan menggunakan thickness meter. e. Larutan Elektrolit
Larutan elektrolit berfungsi sebagai penghantar listrik dan media pelarutan dari ion logam. Larutan elektrolit ini biasanya terdiri garam yang mengandung ion logam, buffer (pengatur pH), dan aditif (Surfactant, Brightener dan Katalis). Volume larutan elektrolit yang menyusut karena penguapan bisa dikembalikan lagi ke volume semula dengan menambahkan air bilasan dari proses plating tersebut. Untuk mempertahankan kadar dari larutan elektrolit, bisa dilakukan test secara berkala, dan menambahkan bahan kimia yang berkurang.
f. Rectifier
Rectifier merupakan sumber arus DC dari Proses Electroplating. Rectifier sebaiknya yang bisa diatur Volt DC nya, sehingga bisa disesuaikan dengan ukuran benda kerja dan jenis Platingnya.
BAB III
METODOLOGI
3.1. Alat dan Bahan
No Alat Bahan
1 Gelas kimia Logam Fe
2 Gelas ukur Zona Coper (tersedia)
3 Pipet volum Larutan NaOH
4 Termometer Larutan HCl
5 Hot plate Brightener A
6 Multimeter Brightener B
7 Amplas
3.2. Cara Kerja
3.2.1 Tahap Persiapan Larutan
1. Masukan zona copper, brightener A, brightener B kedalam gelas kimia 1 L 2 .Memanaskan larutan tersebut sampai 50oC 3. Merangkai alat proses elektroplating 4. Mengatur rapat arus 0,8 Ampere 5. Lakukan proses pelapisan selama 10 menit 6 .Mengulangi pelapisan logam dengan logam Fe yang kedua selama
3.2.2 Tahap Persiapan Logam dan Proses Elektroplating RECTIFIER Logam kerja (Fe) Logam Pelapis (Nikel) Nikel Sulfat Anoda (kutub +) Katoda (kutub -) Mengamplasan logam secara searah
Mencuci logam dengan aquades
Mencelupkan logam pada larutan NaOH selama 10 menit (Degreasing)
Larutan NaOH
Larutan HCl
Mencelupkan logam pada larutan HCl selama 10 menit (Pickling)
Mencelupkan logam pada larutan elektrolit selama 10 menit dan 15 menit
Rangkaian Alat Mengeringkan Logam
BAB IV
DATA PENGAMATAN
NO GAMBAR KETERANGAN
1
Penyiapan larutan Zonax Copper (yang sudah dicampur dengan Brightener A dan B), di panaskan hingga 50oC.
2
Menyiapkan logam besi (Fe)
(Mengamplas logam secara searah).
3
Proses degreasing dengan NaOH 10% (selama 10 menit) guna menghilangkan sisa-sisa lemak yang menempel pada permukaan logam
4
Proses picling dengan HCl 10% (selama 10 menit) guna menghilangkan karat-karat yang menempel pada permukaan logam
6
Logam Cu bertindak sebagai anoda (kutub + berwarna merah, kabel hitam), elektron-elektron dalam elektrolit akan berpindah ke katoda logam Fe (kutub
–
berwarna hitam, kabel merah).5
Pada logam yang dicelupkan dalam larutan elektrolit terjadi gelembung-gelembung.
Hal ini karena pada permukaan logam tersebut terjadi pembentukan gas H2.
7
Perbedaan logam Fe sebelum dan setelah proses Elektroplating.
(Dari kiri ke kanan : Waktu elektroplating 15 menit, 10 menit, Fe sebelum di Elektroplating).
BAB V
PEMBAHASAN
Elektroplating adalah salah satu metoda perlindungan logam terhadap korosi dengan cara melapisi logam dengan logam lain yang lebih positif nilai potensialnya sehingga logam utama terlindungi dari korosi. Elektroplating atau pelapisan logam ini merupakan suatu proses pengendapan atau deposisi logam pada permukaan logam yang akan dilindungi
dengan prinsip elektrolisis yaitu dengan mengalirkan arus listrik searah dari katoda (kutub negatif) yang mengalami reduksi menuju anoda (kutub positif) yang mengalami oksidasi.
Pada praktikum kali ini, dilakukan pelapisan logam besi oleh tembaga. Nilai potensial sel Cu lebih besar dibandingkan dengan potensial Fe, sehingga diharapkan logam Fe dapat terlindungi dari korosi dengan adanya lapisan logam Cu di permukaannya.
Pada proses pelapisan logam ini terdapat dua tahap penting yaitu tahap persiapan dan tahap pelapisan.
Tahap persiapan
Besi merupakan salah satu logam dengan potensial yang rendah sehingga sangat rentan mengalami korosi, oleh karena hal tersebut, sebelum proses pelapisan, logam besi yang digunakan harus dibersihkan (diamplas) terlebih dahulu untuk dihilangkan sisa-sisa korosi dan kotoran pada permukaannya, sehingga logam Cu akan melapisi Fe dengan baik dan merata. Logam yang dilapisi pada praktikum kali ini sebanyak 2 buah dengan variasi waktu pelapisan yaitu 10 menit dan 15 menit.
Selanjutnya dilakukan proses degreasing yaitu proses pencelupan logam pada larutan alkali (NaOH 10%) selama 10 menit dengan tujuan untuk menghilangkan sisa-sisa lemak dan minyak yang masih menempel pada permukaan logam. Larutan NaOH akan menyabunkan lemak dan minyak yang menempel pada logam besi. Ketika lemak pada permukaan logam telah tersabunkan maka secara otomatis akan terlepas dari logam dan terlarut dalam larutan pencuci. Hal ini ditunjukkan dengan adanya lapisan-lapisan tipis lemak dan minyak yang terapung pada larutan pencuci (NaOH). Lemak dan minyak tersebut harus dihilangkan pada logam besi karena akan mengurangi daya hantar listrik dan kontak antara logam Fe dengan logam pelapis.
Proses selanjutnya adalah proses pickling. Proses pickling adalah proses pencelupan logam kedalam larutan asam. Dalam praktikum proses pickling menggunakan larutan HCl 10% selama 10 menit yang bertujuan untuk menghilangkan sisa-sisa karat yang masih
menempel pada permukaan logam. Larutan HCl mampu memutuskan ikatan antara logam dan oksidanya (dalam hal ini adalah karat besi). Pada tahap pickling terdapat gelembung-gelembung yang menandakan terbentuknya gas H2 dalam larutan dan larutan menjadi sedikit
keruh akibat karat besi yang terlepas dari logam besi. Penghilangan karat ini bertujuan agar lapisan yang terbentuk relative lebih kuat dan tidak mudah mengelupas.
Tahap pelapisan
Pada tahap ini Anoda Cu berfungsi sebagai logam pelapis dan katoda Fe sebagai logam yang akan dilapisi. Larutan elektrolit yang digunakan yaitu Zonax Copper dengan penambahan Brightener A dan B.
Pada saat arus mengalir, akan terjadi reaksi kimia dalam larutan elektrolit, yang mana ion postif dalam larutan akan bergerak mendekati katoda (kutub negative) dan ion negative akan bergerak mendekati anoda (kutub positif) sehingga terbentuk lapisan tembaga pada logam besi. Reaksi reduksi besi yang merupakan proses penerimaan elektron terjadi dikatoda dan reaksi oksidasi tembaga yang merupakan proses pelepasan elektron terjadi di anoda. Pada saat proses pelapisan, besi akan terlindung dari korosi. Sebab Cu (E°Cu2+|Cu = +0.34V)
memiliki potensi reduksi yang lebih positif dari pada besi (E°Fe2+|Fe = -0.44V). Apabila lapisan tembaga ini bocor/terkelupas, besi akan mengalami korosi yang lebih cepat.
Proses elektrolissi pelapisan tembaga berdasarkan persamaan reaksi sebagai berikut : Reaksi Katoda : Cu2+ + 2e- Cu H2O + 2e - H2 + 2OH -Reaksi Anoda : 2H2O O2 + 4H+ + 4e -Cu Cu2+ + 2e
-Menurut reaksi diatas terjadi pembentukan logam Cu dari hasil reduksi ion Cu2+ di katoda sehingga logam Fe akan terlapisi permukaannya oleh logam Cu. Selain itu konsentrasi kesetimbangan ion H+ pada air tereduksi oleh electron di katoda sehingga membentuk gelembung- gelembung gas H2, hal ini dapat terlihat dengan terbentuknya gelembung gas
pada logam Fe.
Pada logam Cu sebagai anoda, ketika dialiri arus listrik akan memiliki Throwing Power dimana kekuatan ini akan menyebabkan ion-ion Cu2+ dalam larutan akan terlempar ke
Setelah proses pelapisan, pada permukaan logam Cu akan terbentuk lapisan berwarna hijau, zat tersebut merupakan senyawa yang terbentuk karena adanya kandungan sianida pada larutan elektrolit sehingga bereaksi dengan ion Cu2+.
Perbedaan Arus listrik yang alirkan akan mengakibatkan perbedaan kecepatan pelapisan besi oleh tembaga. Penambahan jumlah arus listrik juga mempengaruhi pembentukan gelembung gas H2 di katoda dimana semakin besar arus yang diberikan
semakin banyak pula gelembung gas H2 yang terbentuk. Hal ini dikarenakan besar arus listrik
sebanding dengan banyaknya electron yang dialirkan pada sistem elektrolisis.
Selain besar arus atau rapat arus listrik proses electroplating juga dipengaruhi oleh suhu operasi, konsenrasi ion, agitasi atau pengadukan, throwing power yaitu kekuatan larutan elektrolit untuk melapisi katoda dengan merata, konduktivitas, pH dan waktu pelapisan.
Semakin lama proses pelapisan, semakin tebal pula lapisan logam Cu yang menempel pada permukaan logam Fe dan semakin rata pula pelapisannya. Hal ini akan meningkatkan ketahan logam terhadap korosi karena ini berarti lapisan logam Cu akan sulit ditembus dan tidak mudah rusak. Pada skala industri lamanya waktu pelapisan akan mempengaruhi biaya produksi karena itu berarti energi listrik yang dibutuhkan menjadi lebih besar.
BAB VI
KESIMPULAN
1. Pelapisan tembaga adalah salah satu cara untuk melindungi logam dari proses korosi.
2. Logam Tembaga (Cu) digunakan sebagai logam pelapis karena memiliki nilai potensial yang lebih positif dari logam besi sehingga besi dapat terlindungi.
3. Prinsip pelapisan tembaga (elektrolpating) adalah proses elektrolisis.
4. Sistem elektrolisis dihubungkan dengan katoda (kutub negative) dan anoda (kutub positif) 5. Pada katoda dipasang logam Fe sebagai logam yang akan dilapisi, pada anoda dipasang
Cu sebagai logam yang melapisi dan dicelupkan dalam larutan zonax copper sebagai elektrolit yang mengandung ion Cu2+.
6. Reaksi reduksi terjadi di katoda, dan oksidasi terjadi di anoda berdasarkan reaksi : Reaksi Katoda : Cu2+ + 2e- Cu H2O + 2e - H2 + 2OH -Reaksi Anoda : 2H2O O2 + 4H+ + 4e -Cu Cu2+ + 2e
-7. Proses elektrolisis dipengaruhi oleh :
Suhu operasi Konsentrasi Ion Agitasi /pengadukan Throwing power Konduktivitas pH Waktu pelapisan
DAFTAR PUSTAKA
Hulupi, Mentik. 2010. Pelapisan Tembaga. Bandung : Politeknik Negeri Bandung.
Jobsheet Praktikum Pengendalian Korosi. Jurusan Teknik Kimia : Politeknik Negeri Bandung.
Anonim. 2011.Elektroplating Tembaga. http://www.scribd.com/doc. [diakses 15 Desember 2013]
http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-industri/utilitas-pabrik/proses-elektroplating-tembaga-nikel-khrom/ [Diakses 4 Desember 2014]
