Pembuatan Dan Karakterisasi Lapisan NiCoCr Pada Substrat Baja Komersial

(1)

PELAPISAN DAN KARAKTERISASI LAPISAN NiCoCr PADA

SUBSTRAT BAJA KOMERSIAL

SKRIPSI

MARTIN PIPIN GIRSANG

070801041

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

PELAPISAN DAN KARAKTERISASI LAPISAN NiCoCr PADA

SUBSTRAT BAJA KOMERSIAL

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar sarjana

MARTIN PIPIN GIRSANG

070801041

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

PERSETUJUAN

Judul : PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI LAPISAN NiCoCr PADA SUBSTRAT BAJA KOMERSIAL

Kategori : SKRIPSI

Nama : MARTIN PIPIN GIRSANG

Nomor Induk Mahasiswa : 070801041

Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA

Departemen : FISIKA

Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU

PENGETAHUAN ALAM (FMIPA)

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Diluluskan di Medan, 3 April 2012

Diketahui/Disetujui oleh

Departemen Fisika FMIPA USU Pembimbing Ketua,

(4)

PERNYATAAN

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI LAPISAN NiCoCr PADA SUBSTRAT BAJA KOMERSIAL

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, 3 April 2012

(5)

PENGHARGAAN

Terpujilah Allah Bapa yang memberikan kehidupan, hikmat dan pengetahuan melalui anak-Nya Tuhan Yesus Kristus yang penuh kasih memberikan keselamatan dan kehidupan yang kekal dan Allah Roh Kudus yang memberi kekuatan dan penghiburan bagi umat manusia

sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul

Pembuatan dan Karakterisasi Lapisan NiCoCr Pada Substrat Baja Komersial.

Penulis menyadari bahwa keberhasilan penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak baik langsung maupun tidak langsung . Dalam kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Dr Kemas Ahmad Zaini Thosin , Didik Prasetya, S.Si, mbak Eni Sugiarti, M.Eng, dan mbak Dina Destyorini S.Si yang juga selaku pembimbing lapangan yang banyak memberi bimbingan, dorongan dan masukan kepada penulis.

2. Bapak Prof.Dr.Timbangen Sembiring,MSc selaku pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan,dorongan dan masukan dalam pelaksanaan Tugas Akhir ini.

3. Ketua dan Sekretaris Departemen Fisika, Dr. Marhaposan Situmorang dan Dra. Justinon, M.Si, Dekan dan Pembantu Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam universitas Sumatera Utara, semua dosen Departemen Fisika FMIPA USU dan Pegawai di FMIPA USU.

4. Rekan-rekan mahasiswa Fisika khususnya stambuk 2007, terkhusus buat adekku Delovita Ginting yang dengan segenap hati turut serta membantu dalam penyelesaian kajian ini.

5. Tidak terlupakan dan yang teristimewa kepada Papaku tercinta E Girsang dan Mamak’e tercinta S Saragih serta kakak-kakak (Lela, Sabeth, Ronna) dan abangku Bona & eda Ida beserta boruku Elvaretta tersayang yang selalu mendukung dan menyemangati saya dalam penyelesaian skripsi ini baik dukungan dalam segi moril, materi maupun doa.

Menyadari akan keterbatasan ilmu dan waktu yang dimiliki penulis maka laporan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna , untuk itu dengan segala kerendahan hati, penulis mengharapkan segala saran dan kritik yang bersifat membangun untuk menyempurnakan tugas akhir ini.

(6)

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI LAPISAN NiCoCr PADA SUBSTRAT BAJA KOMERSIAL

ABSTRAK

Masalah korosi menyerang hampir semua bahan logam, untuk mengurangi masalah korosi dilakukanlah pencegahan awal dengan pelapisan NiCoCr pada substrat baja

komersial melalui teknik electroplating dan pack-cementation. Metode perendaman

berdasarkan ASTM G31 digunakan untuk melakukan uji korosi dalam lingkungan HCl. Pengujian sifat mekanik dilakukan dengan pengujian kekerasan Vickers. Sampel

dianalisis dengan menggunakan alat SEM (Scanning Electron Microscope) yang

dilengkapi dengan EDS (Energy DispersiveX-Ray Spectroscopy). Dari hasil analisis

mikrostruktur terlihat bahwa lapisan NiCoCr telah berhasil melindungi substrat baja komersial dari masalah korosi. Penelitian ini telah berhasil meningkatkan nilai kekerasan Vickers dari 118,75 menjadi 696,40 VHN dan meningkatkan daya tahan

korosi dari 4299,90 mdd menjadi 124,32 mdd. Penelitian ini telah berhasil melapiskan

lapisan NiCoCr pada substrat baja komersial dengan metode Electroplating dan Pack

Cementation.

(7)

FABRICATIONS AND CHARACTERIZATION NiCoCr LAYER ON COMMERCIAL STEEL SUBSTRATE

ABSTRACT

Corrosion problem affects nearly all metallic materials, to reduce corrosion problems with the coating NiCoCr on commercial steel substrate by electroplating techniques and pack-cementation was performed in the early prevention. Immersion method based on ASTM G31 is used for corrosion tests in HCl environment. Testing of mechanical properties is done by Vickers hardness test. Samples were analyzed by using SEM (Scanning Electron Microscope) that equipped with EDS (Energy dispersive X-Ray Spectroscopy). From the results of microstructural analysis shows that the NiCoCr layered has been successfully protecting commercial steel substrate from corrosion problems. This research has been successful in increasing the value of Vickers hardness of 118.75 to 696.40 VHN and increased corrosion resistance from 4299.90 mdd to 124.32 mdd. This study has succeeded superimposing NiCoCr layers on substrate commercial steel with Electroplating and Pack Cementation method.

(8)

DAFTAR ISI

1.4 Tujuan Penelitian ... 4

1.5 Manfaat Penelitian ... 4

1.6 Tempat Penelitian ... 4

1.7 Sistematika Penulisan ... 5

Bab II Tinjauan Pustaka ... 6

2.1 Metode-metode Pelapisan dengan Logam... 6

2.1.1 Electroplating ... 6

2.1.1.1 Unsur-unsur Pokok Electroplating ... 7

2.1.1.2 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Electroplating ... 9

2.1.2 Pencelupan Panas (hot dipping) ... 10

2.1.3 Pelapisan dengan Penyemprotan (thermal spraying) ... 10

2.1.4 Pelapisan dengan Pack Cementation 11 2.1.4.1 Teori Difusi dalam Atom 11 2.1.4.2 Mekanisme Pack Cementation 12 2.2 Baja ... 16

2.2.1 Pengertian Baja ... 16

2.2.2 Klasifikasi dan Sifat Baja ... 16

2.3 Nikel ... 17

2.3.1 Sifat-sifat Nikel ... 17

2.3.2 Keuntungan dan Kelemahan Pelapisan Nikel ... 18

2.3.3 Nikel dan Paduannya ... 19

2.4 Kobalt ... 20

2.4.1 karakteristik kobal ... 20

2.5 Krom ... 20

2.5.1 Sifat-sifat Krom ... 20

2.5.2 Keuntungan dan Kelemahan Pendeposisian Krom ... 21

2.6 Paduan Intermetalik FeNiCoCr ... 22

2.7 Karakteristik Pengujian Material ... 23

2.7.1 Ketebalan ... 23

(9)

2.7.2.1 Korosi dalam Lingkungan Berair ... 24

2.7.2.2 Perhitungan laju korosi ... 26

2.7.3 Pengukuran Kekerasan Vickers ... 27

2.7.3.1 Keuntungan dan Kerugian Kekerasan Vickers... 28

2.7.4 Analisa Struktur Mikro ... 28

Bab III Metodologi Penelitian ... 31

3.1 Peralatan dan Bahan-Bahan ... 31

3.1.1 Peralatan ... 31

3.1.2 Bahan-Bahan ... 32

3.1.2.1 Bahan pada Metode Electroplating ... 32

3.1.2.2 Bahan pada Metode Pack Cementation ... 34

3.1.2.3.Bahan pada Metode Preparasi Uji SEM ... 35

3.2 Diagram Alir Penelitian ... 36

3.2.1 Diagram Alir Penelitian Keseluruhan ... 36

3.2.2 Diagram Alir Electroplating ... 37

3.2.3 Diagram Alir Pack Cementation ... 37

3.3 Variabel Eksperimen ... 38

3.3.1 Variabel Penelitian ... 38

3.3.2 Variabel Percobaan yang Diuji ... 38

3.4 Prosedur Penelitian ... 38

3.4.1 Metode Polishing Substrate ... 38

3.4.2 Persiapan Electroplating NiCo 1% ... 39

3.4.2.1 Membuat Larutan Ni-Srtike ... 39

3.4.2.2 Membuat larutan Ni-Watt ... 39

3.4.3 Metode Electroplating ... 39

3.4.4 Persiapan Pack Cementation ... 41

3.4.4.1 Membuat serbuk Pack Mixture ... 41

3.4.5 Metode Pack Cementation ... 41

3.4.6 Metode Preparasi Sampel SEM dan EDS ... 42

3.5 Pengujian ... 42

3.5.1 Sifat Fisis ... 42

3.5.1.1 Ketebalan (Thickness) ... 42

3.5.1.2 Ketahanan Korosi (Corrsion Resistance) ... 43

3.5.2 Sifat Mekanik ... 44

3.5.2.1 Uji Kekerasan (Vickers Hardness Test) ... 44

3.5.3 Analisa Mikrostruktur ... 44

3.5.3.1 Analisa SEM dan EDS ... 44

Bab IV Hasil dan Pembahasan ... 45

4.1 Hasil Penelitian ... 45

4.1.1.1 Hasil Pengujian Ketebalan ... 45

4.1.1.2 Hasil Pengujian Korosi ... 46

4.1.2.1 Hasil Pengujian Kekerasan ... 48

4.1.3 Analisa Mikrostruktur ... 49

4.1.3.1 SEM dan EDS ... 49

(10)

4.2.1.1 Ketebalan (Thickness) ... 51

4.2.1.2 Ketahanan Korosi (Corrosion Resistance) ... 52

4.2.2.1 Kekerasan (Vickers Hardness) ... 54

Bab V Kesimpulan dan Saran ... 55

5.1 Kesimpulan ... 55

5.2 Saran ... 55

DAFTAR PUSTAKA ... 56

(11)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Konstanta Laju Korosi ... 26

Tabel 3.1. Komposisi Larutan Elektrolit Ni-strike ... 32

Tabel 3.2. Komposisi Larutan Elektrolit Ni-watts ... 33

Tabel 3.3. Komposisi Pack Mixture... 34

Tabel 4.1. Tebal Lapisan NiCo ... 46

Tabel 4.2. Perubahan Massa Per luas Awal ... 46

Tabel 4.3. Laju Korosi Sampel Uji ... 47

(12)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Proses Electroplating ... 8

Gambar 2.2. Mekanisme difusi yang mungkin terjadi di dalam logam, (a) kekosongan, (b) interstisi, (c) tukar tempat ... 12

Gambar 2.3 Ilustrasi proses Pack-Cementation untuk mendifusikan Cr pada suatu substrat ... 13

Gambar 2.4. Paduan elemen yang digunakan dalam Nikel-Paduan. Tinggi blok menunjukkan jumlah yang mungkin hadir. Elemen menguntungkan ditandai dengan arsir silang dan elemen berbahaya ditandai dengan garis horizontal ... 19

Gambar 2.5. Ketahanan relatif oksidasi dan korosi pada sistem pelapisan suhu tinggi ... 22

Gambar 2.6. Korosi basah dari sebuah logam M pada sebuah larutan elektrolit yang mengandung oksigen ... 25

Gambar 2.7. Uji kekerasan Vickers ... 27

Gambar 3.1. Diagram alir penelitian keseluruhan ... 36

Gambar 3.2. Diagram alir electroplating ... ... 37

Gambar 3.3. Diagram alir Pack-Cementation ... 37

Gambar 3.4. Electroplating Ni-Strike ... 40

Gambar 4.1. (a)Analisa sampel FeNiCoCr secara cross-section sebelum uji korosi (b) Analisa sampel FeNiCoCr secara surface sebelum uji korosi ... 49

Gambar 4.2. (a) Analisa mikrostruktur secara cross-section untuk sampel tanpa lapisan NiCoCr setelah uji korosi dalam lingkungan HCl 37% (b) Analisa mikrostrukltur secara cross-section untuk sampel dengan lapisan NiCoCr setelah uji korosi dalam lingkungan HCl 37% ... 50

Gambar 4.3. Grafik tebal lapisan NiCo yang dielektroplating pada substrat baja Komersial ... 51

Gambar 4.4. Grafik perubahan massa perluas terhadap waktu ... 52

Gambar 4.5. Grafik perbandingan laju korosi antara sampel Fe tanpa lapisan dengan sampel FeNiCoCr ... 53