PENGARUH KONSENTRASI CuCN DAN GELATIN DALAM ELEKTROLIT GEL CuCN TERHADAP KETEBALAN LAPISAN TEMBAGA PADA ELEKTROPLATING BAJA JIS G 3141

(1)

PENGARUH KONSENTRASI CuCN DAN GELATIN DALAM ELEKTROLIT GEL CuCN TERHADAP KETEBALAN LAPISAN TEMBAGA PADA ELEKTROPLATING BAJA JIS G 3141

MOHAMAD ALDHI NRP. 2705 100 034 Dosen Pembimbing

Prof. Dr. Ir. Sulistijono, DEA Dr. Diah Susanti ST., MT

JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya 2009

(2)

THE EFFECT OF CuCN AND GELATINE CONCENTRATION IN CuCN ELECTROLYTE GEL TO THICKNESS OF Cu DEPOSIT IN ELECTROPLATING OF JIS G 3141 STEEL

MOHAMAD ALDHI NRP. 2705 100 034 Advisor

Prof. Dr. Ir. Sulistijono, DEA Dr. Diah Susanti ST., MT

MATERIAL AND METALLURGICAL ENGINEERING DEPARTMENT Industrial Technology Faculty

Sepuluh Nopember Institute of Technology

Surabaya 2009

(3)

Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI - ITS ii

PENGARUH KONSENTRASI CuCN DAN GELATIN DALAM ELEKTROLIT GEL CuCN TERHADAP KETEBALAN LAPISAN TEMBAGA PADA ELEKTROPLATING BAJA

JIS G 3141

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Pada

Bidang Studi Teknologi Pelapisan

Program Studi S-1 Jurusan Teknik Material dan Metalurgi Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Oleh :

MOHAMAD ALDHI NRP: 2705.100.034

Disetujui oleh Tim Penguji Tugas Akhir :

Prof. Dr. Ir. Sulistijono, DEA ..…………...(Pembimbing I) Dr. Diah Susanti ST., MT ………(Pembimbing II)

SURABAYA

Juli 2009

(4)

ABSTRAK V

PENGARUH KONSENTRASI CuCN DAN GELATIN DALAM ELEKTROLIT GEL CuCN TERHADAP KETEBALAN LAPISAN TEMBAGA

PADA ELEKTROPLATING BAJA JIS G 3141

Nama Mahasiswa : Mohamad Aldhi

NRP : 2705 100 034

Jurusan : Teknik Material dan Metalurgi FTI - ITS

Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Sulistijono, DEA Dr. Diah Susanti ST., MT Abstrak

Baja JIS G 3141 merupakan baja jenis karbon rendah.

Proses elektroplating sering dilakukan terhadap baja ini untuk meningkatkan ketahanannya terhadap korosi ataupun memperbaiki propertisnya.

Penelitian pada metode alternatif elektroplating ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi CuCN (15 gr/l;

35 gr/l; 55gr/l; 75 gr/l ) dan gelatin sebagai gelling agent ( 5%;

7% ) dalam elektrolit gel CuCN terhadap ketebalan deposit Cu hasil elektroplating yang dilakukan tanpa pencelupan pada baja JIS G 3141.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan konsentrasi CuCN akan meningkatkan ketebalan deposit Cu sedangkan penambahan konsentrasi gelatin akan mengurangi ketebalan deposit Cu. Elektrolit gel CuCN dengan konsentrasi CuCN 75 gr/l dan gelatin 5% menghasilkan deposit cu paling tebal ( 4 μm ) sedangkan elektrolit gel CuCN dengan konsentrasi CuCN yang sama dan gelatin 7% hanya menghasilkan deposit Cu setebal 3,8 μm.

Kata kunci : Elektroplating, Elektrolit Gel, konsentrasi, Gelatin,

CuCN, Lapisan tembaga

(5)

ABSTRAK VII

THE EFFECT OF CuCN AND GELATINE CONCENTRATION IN CuCN GEL ELECTROLYTE TO THICKNESS OF Cu DEPOSIT IN ELECTROPLATING OF JIS G 3141

STEEL

Name : Mohamad Aldhi

NRP : 2705 100 034

Major : Teknik Material dan Metalurgi

FTI - ITS

Advisors : Prof. Dr. Ir. Sulistijono, DEA Dr. Diah Susanti ST., MT Abstract

JIS G 3141 is low carbon steel. Electroplating process often carried out on this steel to increase the resistant from corrosion or improve its properties.

The aim of this research of the alternative method of electroplating is to knowing the influence of CuCN concentration (15 gr/l; 35 gr/l; 55gr/l; 75 gr/l) and gelatin concentrarion as gelling agent (5%; 7%) in gel electrolytes CuCN to the thickness of Cu deposit resulted from electroplating of JIS G 3141 steel that carried out without immersion.

The results of this research show that the increasing in concentration of CuCN will increase the thickness of Cu deposit while the increasing in concentration of gelatin will reduce the thickness of Cu deposit. Gel electrolyte CuCN with concentration of CuCN 75 gr/l and gelatin 5% produce Cu deposit the thickest (4 μm) while gel electrolyte CuCN with the same concentration of CuCN and gelatin 7% only produced Cu deposit with a thickness of 3.8 μm.

key words: Electroplating, Gel electrolyte, concentration,

Gelatin, CuCN, Cu deposit

(6)

KATA PENGANTAR ix KATA PENGANTAR

Allhamdullilah atas limpahan rahmat dan karunia Allah SWT, sehingga penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir serta menyusun Laporan Tugas Akhir yang berjudul: PENGARUH KONSENTRASI CuCN DAN GELATIN DALAM ELEKTROLIT GEL CuCN TERHADAP KETEBALAN LAPISAN TEMBAGA PADA ELEKTROPLATING BAJA JIS G 3141.

Laporan Tugas Akhir ini merupakan salah satu tugas yang harus diselesaikan setiap mahasiswa jurusan Teknik Material &

Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya untuk meraih gelar sarjana teknik dan memenuhi mata kuliah Tugas Akhir.

Pada kesempatan kali ini penyusun mengucapkan banyak terima kasih kepada :

1. Allah SWT yang memberi kemudahan ditengah kesulitan 2. Ayah, Ibu, saudara, dan teman-teman yang selalu memberikan

bantuan baik secara moril dan materiil.

3. Prof. Dr. Ir. Sulistijono, DEA selaku dosen pembimbing tugas akhir.

4. Dr. Diah Susanti selaku co-dosen pembimbing.

5. Seluruh dosen dan karyawan Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS.

Penyusun menyadari adanya keterbatasan di dalam penyusunan laporan ini sehingga Penyusun berharap akan adanya saran dan kritik yang sifatnya membangun terhadap laporan tugas akhir ini.

Surabaya, Juli 2009

Penyusun

(7)

DAFTAR ISI xi DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL ... i

LEMBAR PENGESAHAN... iii

ABSTRAK ... v

ABSTRACT ... vii

KATA PENGANTAR... ix

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xv

DAFTAR TABEL ... xvii

LAMPIRAN ... xix

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Tujuan Penelitian ... 2

1.5 Manfaat Penelitian ... 2

1.6 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Konsep Dasar Elektroplating ... 5

2.1.1. Pertumbuhan Deposit ... 8

2.1.2. Hukum Faraday ... 9

2.1.3. Ketebalan Deposit ... 10

2.1.4. Efisiensi Plating ... 10

2.1.5. Elektrolit 2.1.5.1. Rendaman Asam Dengan Garam Sederhana ... 12

2.1.5.2. Rendaman Yang Mengandung Garam Kompleks ... 13

2.1.5.3. Buffer (penyangga) dan komponen Lainnya ... 13

2.1.6. Konduktivitas Ion ... 13

2.1.7. Elektroda ... 13

2.1.8. Variabel-Variabel dalam Proses

Elektroplating ... 16

(8)

DAFTAR ISI xii

2.1.8.1 Konsentrasi Elektrolit ... 16

2.1.8.2. Sirkulasi Elektrolit ... 16

2.1.8.3. Temperatur dan Waktu ... 16

2.1.8.4. Rapat Arus ... 17

2.1.8.5. Daya Tembus (Throwing Power) ... 17

2.1.8.6. Jarak Anoda – Katoda ... 18

2.2. Persiapan Material Sebelum Elektroplating ... 18

2.2.1. Pembersihan Material dari Kotoran dan Minyak (Degreasing) ... 19

2.2.2. Pembersihan Permukaan dari Scale (Pickling) ... 20

2.2.3. Pembersihan Material Setelah Proses Pickling (Fluxing) ... 20

2.2.4. Rinsing ... 20

2.3. Pelapisan Tembaga Sianida ... 21

2.3.1. Karakteristik Tembaga ... 21

2.3.2. Larutan Elektrolit Pada Elektroplating Tembaga Sianida ... 22

2.3.3. Fungsi Komponen Utama Elektrolit Tembaga Sianida ... 23

2.3.3.1. Tembaga Sianida (Copper Cyanide, CuCN ) ... 23

2.3.3.2. Potasium Sianida (KCN) dan Sodium Sianida (NaCN) ... 24

2.3.3.3. Sianida Bebas ... 24

2.3.3.4. Sodium Karbonat (Na

2

CO

3

) ... 24

2.4. Definisi Gel ... 25

2.5. Penggunaan Gelatin sebagai Gelling Agent Elektrolit ... 25

2.6. Karakteristik Gelatin ... 26

2.7. Komposisi Gel Elektrolit CuCN... 30

2.8. Baja JIS G 3141 ... 30

BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 31

3.1. Diagram Alir Percobaan ... 31

3.2. Peralatan dan Bahan ... 32

3.2.1. Peralatan Percobaan ... 32

(9)

DAFTAR ISI xiii

3.2.2. Bahan Percobaan ... 32

3.3. Prosedur Penelitian ... 33

3.3.1 Preparasi Spesimen ... 33

3.3.2. Preparasi Elektrolit Gel CuCN ... 34

3.3.3 Susunan Rangkaian elektroplating ... 38

3.4. Proses Elektroplating ... 38

3.5. Pengujian Ketebalan ... 39

3.6. Pengamatan Hasil Elektroplating Dengan Scanning Electron Microscope (SEM) dan Pengujian Unsur Cu Pada Deposit Dengan EDS (Energi Dispersive Spectrometry) ... 40

3.7. X-Ray Diffraction (XRD) ... 42

3.8. Rancangan Percobaan ... 44

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 45

4.1 Hasil Penelitian ... 45

4.1.1. HASIL PENGAMATAN FOTO MAKRO SPESIMEN ... 45

4.1.2. HASIL PENGUJIAN KETEBALAN DEPOSIT Cu PADA SPESIMEN ... 47

4.1.3. HASIL PENGAMATAN FOTO MIKRO SPESIMEN ... 49

4.1.4. HASIL EDX SPESIMEN ... 51

4.1.5. HASIL PENGUJIAN XRD SPESIMEN ... 54

4.2 Pembahasan ... 56

4.2.1. Pengaruh Konsentrasi CuCN Terhadap Ketebalan Deposit Cu ... 56

4.2.2. Pengaruh Konsentrasi Gelatin Terhadap Ketebalan Deposit Cu ... 57

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 59

4.1 Kesimpulan ... 59

4.2 Saran ... 59

DAFTAR PUSTAKA ... 61

LAMPIRAN... 63

UCAPAN TERIMA KASIH ... 71

BIODATA PENULIS ... 73

(10)

DAFTAR ISI xv DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Contoh Skema Sistem elektroplating... 7

Gambar 2.2 Perubahan formasi rantai dari gelatin saat pendinginan (Gelatine Handbook: Theory and Industrial Practice) ... 25

Gambar 2.3 Gelatin dalam Bentuk serbuk (Gelatine Handbook: Theory and Industrial Practice ... 28

Gambar 3.1 Diagram Alir Proses Percobaan ... 30

Gambar 3.2 Dimensi spesimen ... 33

Gambar 3.3 Elektrolit Gel CuCN ...37

Gambar 3.4 Neraca Analitik Sartorius BP 110 S ...37

Gambar 3.6 Proses elektroplating menggunakan elektrolit gel CuCN ... 43

Gambar 4.1 (A) Spesimen dielektroplating dengan CuCN 15 gr/l dan 5% gelatin ... 45

Gambar 4.1 (B) Spesimen dielektroplating dengan CuCN 35 gr/l dan 5% gelatin ...45

Gambar 4.1 (C) Spesimen dielektroplating dengan CuCN 55 gr/l dan 5% gelatin...45

Gambar 4.1 (D) Spesimen dielektroplating dengan CuCN 75 gr/l dan 5% gelatin ...45

Gambar 4.2 (A) Spesimen dielektroplating dengan CuCN 15 gr/l dan 7% gelatin ... 46

Gambar 4.2 (B) Spesimen dielektroplating dengan CuCN 35 gr/l dan 7% gelatin ...46

Gambar 4.2 (C) Spesimen dielektroplating dengan CuCN 55 gr/l dan 7% gelatin ...46

Gambar 4.2 (D) Spesimen dielektroplating dengan CuCN 75 gr/l dan 7% gelatin ...46

Gambar 4.3. Grafik Ketebalan deposit Cu pada Spesimen yang dielektroplaitng menggunakan elektrolit gel CuCN dengan konsentrasi gelatin 5% ... 48 Gambar 4.4. Grafik Ketebalan deposit Cu pada Spesimen

yang dielektroplaitng menggunakan gel elektrolit CuCN

(11)

DAFTAR ISI xvi

dengan konsentrasi gelatin 7% ... 48 Gambar 4.5. Grafik impose Ketebalan deposit Cu pada Sample yang dielektroplaitng menggunakan gel elektrolit CuCN

dengan gelatin 5%dan 7% ... 48 Gambar 4.6 (A) Foto top view Spesimen dielektroplating

dengan CuCN 15 gr/l dan 5% gelatin (perbesaran 3000X) ... 49 Gambar 4.6 (B) Foto top view Spesimen dielektroplating

Dengan CuCN 55 gr/l dan 5 % gelatin (perbesaran 2300X) ... 49 Gambar 4.7 (A) Foto top view Spesimen dielektroplating

dengan 15 gr/l CuCN dan 7% gelatin ... 50 Gambar 4.7(B). Foto top view Spesimen dielektroplating

dengan CuCN 55gr/l dan 7% gelatin ... 50 Gambar 4.8 (A) Foto SEM cross section

spesimen yang dielektroplating dengan konsentrasi

CuCN 75gr/l dan 5% gelaitn, (perbesaran 2000X) ... 51 Gambar 4.8 (B) Foto SEM cross section

Spesimen yang dielektroplating dengan konsentrasi

CuCN 75 gr/l dan 7% Gelatin (perbesaran 3000X) ... 51 Gambar 4.9 Hasil EDS diambil dari top view Spesimen

yang dielektroplating dengan elektrolit gel CuCN

dengan konsentrasi CuCN 15 gr/l dan 5% gelatin ... 52 Gambar 4.10 Hasil EDS diambil dari top view Spesimen

yang dielektroplating dengan elektrolit gel CuCN

dengan konsentrasi CuCN 55 gr/l dan 5% gelatin... ... 52 Gambar 4.11 Hasil EDS diambil dari top view Spesimen

yang dielektroplating dengan elektrolit gel CuCN

dengan konsentrasi CuCN 15 gr/l dan 7% gelatin ... 53 Gambar 4.12 Hasil EDS diambil dari top view Spesimen

yang dielektroplating dengan CuCN 55 gr/l dan 7% gelatin ...53 Gambar 4.13 Hasil Pengujian XRD pada permukaan

deposit Cu spesimen yang dielektroplating elektrolit gel CuCN dengan konsentrasi CuCN 15 gr/l dan 5% gelatin... 55 Gambar 4.14 Hasil Pengujian XRD pada permukaan

deposit Cu spesmen yang dielektroplating elektrolit gel CuCN

dengan konsentrasi CuCN 75 gr/l dan 7% gelatin... 56

(12)

DAFTAR ISI xvii DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Potensial Elektroda Standar ... 15 Tabel 2.2 larutan elektrolit tipe strike

( sumber : purwanto, syamsul Huda 2005) ... 22 Tabel 2.3 Komposisi gelatin ... 27 Tabel 2.4 kondisi untuk membuat elektrolit gel dengan gelatin ... 29 Tabel 3.1 konsentrasi CuCN dan Gelatin ... ... 34 Tabel 3.2 Rancangan Pengukuran ketebalan dengan

MiniTest 600 data (Setelah Elektroplating dengan

tembaga sianida) ... 43

Tabel 4.1 Hasil pengujian Ketebalan Deposit Cu Pada Sample

dengan menggunakan mini test 600 B ...47

(13)

DAFTAR ISI xix LAMPIRAN

Lampiran 1. Tabel ketebalan deposit Cu pada Spesimen

berdasrkan pengukuran menggunakan Minitest 600... 63 Lampiran 2. Tabel Berat Spesimen Sebelum Dielektroplating.... 63 Lampiran 3. Tabel Berat Spesimen Setelah Dielektroplating... 64 Lampiran 4. Tabel Berat Deposit Cu Pada spesimen... 65 Lampiran 5. Tabel ketebalan Deposit Cu Pada Spesimen