PELAPISAN MATERIAL ANTI KOROSI TITANIUM
KARBIDA DENGAN METODE
FLAME THERMAL SPRAY
MENGGUNAKAN SERBUK NANO TiO2/C TERFABRIKASI
BALL MILLING
Disusun oleh :
KARTIKO NUGROHO
M0312034
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains dalam Bidang Ilmu Kimia
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul
“PELAPISAN MATERIAL ANTI KOROSI TITANIUM KARBIDA DENGAN METODE FLAME THERMAL SPRAY MENGGUNAKAN SERBUK NANO TiO2/C TERFABRIKASI BALL MILLING” belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Surakarta, 19 Oktober 2016
iv
PELAPISAN MATERIAL ANTI KOROSI TITANIUM KARBIDA DENGAN METODE FLAME THERMAL SPRAY MENGGUNAKAN SERBUK NANO
TiO2/C TERFABRIKASI BALL MILLING
KARTIKO NUGROHO
Program Studi Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret.
ABSTRAK
Pelapisan material anti korosi titanium karbida terhadap substrat besi dengan metode flame thermal spray menggunakan material serbuk nano TiO2/C terfabrikasi dari ball milling telah berhasil dilakukan. Proses fabrikasi material nano TiO2/C secara ball milling dilakukan pada waktu optimum 5 jam dengan frekuensi putar 20 Hz (±1200 rpm). Terdapat tujuh variasi komposisi material nano TiO2/C yaitu: Ar, Gr, Ar2-T5, Gr2-T5, Ar1-T1-P, Ar2-T5-P, dan Ar5-T2-P. Empat sampel pertama merupakan sampel tanpa penambahan binder sedangkan tiga sampel terakhir merupakan sampel dengan penambahan binder polyvinyl chloride (PVC). Masing-masing sampel digunakan sebagai material pelapis untuk dilapiskan pada substrat besi. Proses pelapisan flame thermal spray terhadap substrat besi menghasilkan kenampakan permukaan dengan warna yang lebih gelap dan tekstur lebih kesat ketika diusap. Substrat terlapis terlihat memiliki kontur lebih rata akibat partikel material pelapis mengisi ruang-ruang serat dalam substrat besi yang diamati dengan mikroskop optik dengan perbesaran 100x.
Penggunaan binder PVC berpengaruh pada kenaikan intensitas puncak khas titanium karbida (TiC) dalam difraktogram XRD (x-ray diffraction) dibandingkan dengan sampel tanpa binder. Puncak khas TiC berturut-turut pada 2θ ~36º (202) dan 41º (024) terlihat muncul dalam intensitas rendah pada sampel tanpa binder
v
DEPOSITION OF ANTI-CORROSION COATING MATERIAL OF TITANIUM CARBIDE BY FLAME THERMAL SPRAY METHOD USING BALL
MILLED-NANOPOWDER TiO2/C
KARTIKO NUGROHO
Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Sebelas Maret University
ABSTRACT
Deposition of anti-corrosion coating material of titanium carbide by flame thermal spray method onto metal substrate using ball milled-nanopowder TiO2/C has been successfully carried out. Powder fabrication process of nanopowder TiO2/C was done by ball milling at the optimum time of 5 hours with a rotary frequency of 20 Hz (±1200 rpm). There were seven variations of the material composition of nano TiO2/C: Ar, Gr, Ar2-T5, Gr2-T5, Ar1-T1-P, Ar2-T5-P, and Ar5-T2-P. The first four samples are without binder addition and the last three sample are with addition of polyvinyl chloride (PVC) binder. Each sample was applied as a coating material which would be coated on the surface of metal substrate. Flame thermal spray coating process produced a coated metal substrate with a darker surface appearance and rougher texture. The contour of coated substrate was observed by optical microscope under 100x magnification showing the smoother contour due to the coating material particles was mostly successfully filled the stripped spaces on metal substrate.
The use of PVC binder influenced to the increasing of the typical titanium carbide (TiC) peak intensity in the X-ray diffraction (XRD) pattern compared to the
vi
MOTTO
“Lawan Sastra Ngesti Mulya.” -Ki Hadjar Dewantara-
“Hidup adalah soal keberanian, menghadapi yang tanda tanya tanpa kita mengerti,
tanpa kita bisa menawar, terimalah dan hadapilah.” –Soe Hok Gie-
“Hidup yang tidak dipertaruhkan tidak akan pernah dimenangkan.” –Sutan
Sjahrir-
“Sedangkan sebetulnya cara mendapatkan hasil itulah yang lebih penting daripada hasil sendiri.” –Tan Malaka-
“Apa artinya terlahir sebagai bangsa yang merdeka, jika gagal untuk mendidik diri sendiri” –Mgr. Albertus Soegijapranata-
“It always seem impossible until it’s done.” –Nelson Mandela-
vii
PERSEMBAHAN
Bismi-llāhi r-raḥmāni r-raḥīm
“Bacalah dengan menyebut nama Tuhanmu. Dia telah menciptakan manusia dari
segumpal darah, Bacala h, dan Tuhanmulah yang maha mulia Yang mengajar
manusia dengan pena, Dia mengajarkan manusia apa yang tidak diketahuinya”
-QS: Al-’Alaq 1-5-
“Maka nikmat Tuhanmu yang manakah yang kamu dustakan?”
-QS: Ar-Rahman 13-
“Niscaya Allah akan mengangkat (derajat) orang-orang yang beriman diantaramu dan orang-orang yang diberi ilmu beberapa derajat
-QS: Al-Mujadilah 11-
Al-ḥamdu lillāh, segala puji bagi Allah karena atas izin dan keredhaan-Nya karya tulis sederhana ini dapat terselesaikan. Kepada Ibu, Bapak, Adik, alm. Nenek dan Kakek yang dengan segala daya upaya mendukung penulis dalam meraih gelar
kesarjanaan dalam bidang Ilmu Kimia ini. Hanya ucapan terimakasih yang terdalam dapat penulis haturkan tanpa bisa membalas segala jasa walaupun hanya
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi yang berjudul
“PELAPISAN MATERIAL ANTI KOROSI TITANIUM KARBIDA DENGAN METODE FLAME THERMAL SPRAY MENGGUNAKAN SERBUK NANO TIO2/C TERFABRIKASI BALL MILLING”.
Penulis menyadari bahwa keberhasilan penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak baik langsung maupun tidak langsung. Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan skripsi, yaitu:
1. Ibu Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku kepala Program Studi Kimia, FMIPA, Universitas Sebelas Maret serta sebagai Pembimbing Akademik yang telah banyak memberikan bantuan serta motivasi.
2. Ibu Teguh Endah Saraswati, M.Sc, Ph.D selaku Dosen Pembimbing I yang telah banyak menyumbangkan wawasan dan dorongan dalam penyusunan skripsi ini.
3. Segenap Dosen dan Staff Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret.
4. Segenap Pimpinan dan Staff UPT. Lab. Pusat MIPA UNS, Lab. MOLINA FT UNS, Lab. Bahan JTMI FT UGM dan Lab. MIPA TERPADU UNS.
5. Kedua Orangtua (Bp. Sumarno dan Ibu Ida Nurayawati) serta segenap keluarga besar yang telah mencurahkan kerja kerasnya demi pendidikan sarjana ini. 6. Tim Grup Riset Plasma Science and Technology: Mas Abah, Mas Adit, Mbak
Astrid, Mbak Nela, Mbak Pati, Erlina, Dewi, Anis dan Nana. 7. Squad KIMIA 2012 atas solidaritas tanpa batas-nya.
8. Keluarga besar mahasiswa Magelangan di Solo atas kekerabatan dan semangatnya.
9. Segenap pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
Semoga Allah memberikan balas jasa yang setimpal dengan kebaikan dan pertolongan yang telah ikhlas diberikan.
Akhir kata, penulis menyadari karya ini masih jauh dari kata sempurna. Masih terdapat banyak kekurangan dan cela didalamnya. Oleh karena itu, penulis mengharap kritik dan saran yang membangun sebagai referensi perbaikan di masa mendatang. Semoga melalui karya ini dapat menjadi sumbangsih demi kemajuan ilmu pengetahuan alam khususnya dibidang kimia bagi segenap pembaca. Terimakasih penulis ucapkan.
Surakarta, 19 Oktober 2016
x
10.Indeks Kebasahan dengan Contact Angle ... 13
11.Microhardness TiC ... 14
12.Corrosion Resistance Test ... 15
B. Kerangka Pemikiran ... 15
a. Fabrikasi Material Pelapis Nano TiO2/C dengan Ball Milling ... 15
b. Pelapisan material Nano TiO2/C dengan Flame Thermal Spray ... 17
c. Karakter Hasil Pelapisan ... 18
C. Hipotesis ... 18
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ... 19
A. Metode Penelitian ... 19
B. Tempat dan Waktu Penelitian... 20
xi
3. Uji Kekerasan (Microhardness) ... 37
a. Pelapisan Tanpa Binder ... 37
b. Pelapisan Dengan Binder ... 37
4. Uji Tingkat Kebasahan (Wettability) dengan pengukuran Contact Angle ... 38
5. Uji Ketahanan Korosi (Corrosion Resistance) ... 40
BAB V. PENUTUP ... 43
A. Kesimpulan ... 43
B. Saran ... 43
DAFTAR PUSTAKA ... 44
xii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 Variasi Komposisi Material Sampel ... 22
Tabel 4.1 Optimasi ball milling ... 28
Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Nilai Kekerasan (Microhardness) ... 38
Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Nilai Laju Korosi ... 41
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Macam-macam bentuk ikatan karbon ... 7
Gambar 2.2 Morfologi permukaan SEM Arang (charcoal) ... 8
Gambar 2.3 Beberapa jenis fasa TiO2 ... 9
Gambar 2.4 Struktur Kristal TiC ... 10
Gambar 2.5 Struktur Kimia Poly(vinyl chloride) ... 10
Gambar 2.6 Tipe Alat Ball Mill ... 11
Gambar 2.7 Skema flame thermal spray ... 12
Gambar 2.8 Difraktogram XRD Titanium Karbida ... 13
Gambar 2.9 Morfologi Permukaan SEM Titanium Karbida ... 13
Gambar 2.10 Water Contact Angle (WCA) ... 14
Gambar 2.11 Nilai Microhardness Paduan AZ31 Mg ... 14
Gambar 2.12 Jejak Pengujian Microhardness Paduan AZ31 Mg ... 15
Gambar 2.13 Skema pergerakan cakram planetary ball milling ... 16
Gambar 2.14 Perbedaan interaksi antara substrat terlapisi lapisan polikrista- lin dengan lapisan amorf terhadap atmosfer luar ... 16
Gambar 2.15 Skema Pelapisan dengan flame thermal spray ... 17
Gambar 3.1 Desain Penelitian ... 19
Gambar 3.2 Rangkaian alat flame thermal spray ... 23
Gambar 4.1 Perbedaan Ukuran Sampel Arang Kayu ... 27
Gambar 4.2 Skema flame thermal spray ... 28
Gambar 4.3 Perbedaan Nyala Api Gas Butana ... 29
xiii
Gambar 4.5 Difraktogram XRD Sampel Tanpa Binder ... 32
Gambar 4.6 Difraktogram XRD Sampel Dengan Binder ... 33
Gambar 4.6 Hasil Pengamatan SEM (5000x) ... 34
Gambar 4.7 Morfologi SEM Sampel Ar2-T5-P (3000x) yang Menunjukkan adanya Senyawa Terindikasi sebagai Titanium Karbida ... 35
Gambar 4.8 Morfologi Sampel Ar2-T5-P (3000x) yang Menunjukkan adanya Senyawa Terindikasi sebagai Titanium Dioksida ... 36
Gambar 4.9 Morfologi Sampel Ar2-T5-P (3000x) yang Menunjukkan adanya Senyawa Terindikasi sebagai Karbon ... 36
Gambar 4.11 Rasio Berat Starting Material C-TiO2 Terhadap Nilai Microhardness ... 38
Gambar 4.12 Hasil Pengukuran Contact Angle ... 39
Gambar 4.13 Rasio Berat Starting Material C-TiO2 Terhadap Nilai Contact Angle ... 40
Gambar 4.14 Kenampakan substrat setelah ditetesi HCl 3M Selama 5 jam . 41 Gambar 4.15 Rasio Berat Starting Material C-TiO2 Terhadap Nilai Laju Korosi ... 42
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran I ... 49
1.1Perhitungan Stoikiometri ... 49
1.2Perhitungan microhardness ... 50
1.3Perhitungan Laju Korosi ... 51
Lampiran 2 ... 52
2.1Optimasi ballmilling ... 52
2.2Persiapan Sampel ... 53
2.3Pelapisan material Nano TiO2/C secara FlameThermal Spray Coating ... 54
Lampiran 3 ... 55
3.1 JCPDS ... 55
xiv
