Logam Bukan Besi dan Paduannya

Logam Bukan Besi dan Paduannya

1

Pustaka:

1. Corrosion (1), Metal/Environment Reactions,

third edition, edited by LL Shreir, RA Jarman & GT Burstein, Butterworth – Heinemann, Oxford,

2000

2. Handbook of Corrosion Engineering, Pierre R.

Roberge, McGraw-Hill, New York, 1999.

2

Logam bukan besi dan paduannya dari Shreir &

Roberge:

1. Aluminium 2. Tembaga

3. Timah hitam 4. Magnesium 5. Nikel

6. Timah putih 7. Seng

8. Titanium 9. Zirkonium 10. Tantalum

3

Aluminium, Al

•Aluminium ialah logam paling berlimpah kedua di bumi. Diperkirakan 8% kerak bumi terdiri dari

aluminium, biasanya dalam bentuk oksida (bauksit).

•Aluminium merupakan logam nonferrous paling banyak digunakan berdasar volume. Meski lebih mahal berdasar tonase, Al ialah logam termurah selain baja berdasar volume atau luas.

•Aluminium dan paduannya dibagi menjadi 2 kelas besar, coran dan produk tempa atau yang

dikerjakan secara mekanis. Yang terakhir dibagi menjadi paduan yang dapat diolah dengan panas dan yang tidak dapat diolah dengan panas menjadi berbagai bentuk yang dihasilkan oleh kerja

mekanis.

4

•Aluminium banyak dipakai karena gabungan sifatnya yang ringan dan kuat, tahan korosi, penghantar panas dan listrik, memantulkan panas dan sinar, higienis dan non toksik, serta bentuknya yang bervariasi.

•Logam murninya mudah dikerjakan dan dibentuk, tahan korosi, berkekuatan mekanik rendah, dan

sangat elastis. Ketahanan korosi Al meningkat dengan kemurniannya. Penggunaan bahan 99.8% dan 99.99%

terbatas untuk tahanan korosi sangat tinggi dan butuh keuletan. Industri kimia butuh ketahanan korosi,

tetapi karena kekuatan mekaniknya rendah, maka hanya dipakai sebagai cladding pada substrat yang lebih kuat. Penurunan kemurnian meningkatkan kekuatan untuk grade 99% dan 99.5%, tapi tetap

sangat tahan korosi. Logam 99% dapat dianggap logam serba guna untuk keperluan umum dengan sedikit

stres, seperti panel dan alat masak. ⁵

•Tersedia bermacam alloy untuk keperluan umum dan khusus (BS 1470-75, 1490), dengan sifat rasio

kekuatan/berat, tahan korosi, kemampuan

pengerjaan, mampu cor, sifat suhu tinggi. Tabel 4.1.

s/d 4.4. memberi komposisi dan sifat alloy standar.

•Alloy lebih khusus ada dalam seri DTD dan L untuk aplikasi pesawat, termasuk paduan Al-Zn-Mg

berkekuatan tinggi. Alloy Al-Zn-Mg yang dapat dilas dengan kekuatan menengah makin banyak dipakai di bidang teknik dan mungkin sudah ada spesifikasi

nasionalnya.

•Untuk memudahkan pemesinan, ditambahkan Cd, Sb, Sn atau Pb (misalnya BS 4300/5).

•Untuk perlistrikan ada komposisi khusus (BS 2627,3988).

•Untuk bantalan digunakan paduan AI-Sn.

6

Alloy Al-Mn.

•Hanya ada alloy N3, bentuk lempengan.

•Dengan kombinasi tahanan korosi yang baik

dan kekuatan mekanik yang memadai, alloy ini banyak dipakai untuk bangunan, alat masak, dan berbagai keperluan umum.

7

Alloy Al-Mg.

• Untuk keperluan umum ada N4, N5 dan NS dengan kenaikan kadar Mg.

• Tahanan korosi yang sangat bagus dan sifat mekanisnya membuat mereka ideal untuk lingkungan agresif. Ideal untuk kapal.

• Kinerja lebih baik pada kadar Mg tinggi. Jika

kekuatan bukan hal kritis maka boleh pakai Mg

lebih rendah dengan hasil sama dan rekomen untuk kondisi aqueous.

• Suhu tinggi harus dihindari untuk N5 dan N8, karena pengendapan Mg-Al dalam jangka lama berakibat korosi serius.

• Jika ragu-ragu, maka harus konsul ke pabrik

pembuatnya. ⁸

Alloy Al-Mg-Si.

•Alloy H9, H20 dan H30 dapat di-heat

treatment, sebagian besar bahan struktural.

Semua sangat tahan korosi.

•Alloy H9 dengan kadar Mg+Si rendah

menghasilkan ekstrusi kompleks dengan permukaan yang baik, sehingga dipakai untuk glasir dan fitur arsitek lain.

•Alloy H20 dan H30 memiliki sifat mekanik lebih baik, sehingga cocok untuk struktur berbeban.

9

•Tahanan korosi alloy Al-Mg-Si agak kurang dari alloy Al-Mg, tapi jika butuh kekuatan maksimum, maka alloy Al-Mg-Si dengan pengolahan panas penuh biasanya lebih disukai dari pada alloy Al-Mg dengan sifat

sebanding yang diperoleh dari cold working.

10

Alloy Al-Cu.

•Komposisi alloy ini melampaui sistem biner, dan dapat dikategorikan sebagai Duralumin tipe H15 dan tipe kompleks H12 dan H16.

•Sifat mekanik H15 cocok jika high strength

merupakan kriteria utama, walaupun tahanan korosinya buruk. Jika ingin kinerja baik,

disarankan proteksi dengan anodising atau cat, kecuali pada kondisi sangat parah.

11

•Sebagai alternatif, versi clad HC15 punya tahanan korosi sama seperti cladding

murninya, asalkan pengolahan panas berulang tidak berakibat difusi eksesif Cu ke dalam

cladding murni.

•Pemakaian H15 untuk komponen mesin sudah umum.

•Jika butuh kekuatan pada suhu tinggi maka

pakai alloy H12 dan H16. Karena kandungan Cu- nya, ketahanan korosinya biasa-biasa saja dan untuk lingkungan agresif, versi clad Al-Zn

terhadap DTD 5070 umumnya lebih disukai

daripada logam tanpa clad. 12

Alloy Al-Zn-Mg.

• Alloy ini tersedia dalam berbagai komposisi

komersial, dipakai terutama jika pertimbangan utama ialah kekuatan.

• Tidak ada dalam BS General Engineering series meski penggunaannya di Eropa dan Amerika sudah umum.

• Dibagi dalam 2 kategori berdasar kadar Zn+Mg.

Alloy kekuatan tinggi mengandung Zn+Mg > 6%, dipakai untuk struktur khusus seperti pesawat.

Risiko SCC dapat terjadi oleh kesalahan pengolahan panas atau komposisi, tidak

disarankan untuk keperluan umum. ¹³

• Grup alloy yang lain ialah kadar Zn+Mg ≤ 6%, dipakai untuk teknik umum ketika natural

ageing setelah welding menghasilkan struktur las yang kuat.

• Alloy medium strength Al-Zn-Mg sukses dipakai untuk transport dan mungkin akan meningkat dalam waktu dekat.

• Dengan cara pembuatan yang benar, resiko stress korosi dapat diabaikan, dan tahanan

terhadap korosi tanpa stres hanya sedikit lebih rendah dari alloy struktur AI-Mg-Si.

14

•Di industri kimia Al dipakai untuk lingkungan atmosfer yang banyak oksigen, keadaan tanpa noda, heater, pelapis, proteksi katodik, juga untuk handling H₂O₂ (Al murni, >99.5%).

•Aluminium membentuk lapis film protektif Al₂O₃ yang tahan asam dan suasana netral, tetapi

tidak tahan alkali.

•Lapis Al₂O₃ tidak beracun sehingga Al banyak digunakan untuk alat masak dan kaleng

minuman.

•Lapis lindung dapat terbentuk secara alamiah,

maupun dipaksa dengan menggunakan listrik dc, seperti proses anodising atau galvanisasi.

•Besi galvanisasi: besi yang dilapisi aluminium.

•Aluminium dialloy supaya keras. Bahan alloy: Cr, Cu, Si, Ti, dll. Alloy dengan Cu menjadikan

aluminium kuat dan tahan tarikan. ₁₅

Tembaga (Cu):

•Guna: kabel listrik, HE, juga untuk lingkungan reducing atau non-oxydising seperti asam-asam

yang tidak berhubungan dengan udara dan larutan aqueous.

•Tembaga ialah logam mulia, sulit terkorosi dan tahan lingkungan atmosfer karena membentuk lapis protektif, CuO.

•Ia tidak dimakan asam, kecuali asam-asam oksidator kuat seperti H₂SO₄ pekat.

•Alloy Cu : -Kuningan (brass) : Cu dan Zn -Perunggu : Cu dan Sn, Al, Si

-Kupro nikel (perak nikel=monel): Cu+Ni.

16

•Alloy Cu tidak tahan korosi erosi/abrasi.

•Sering dibuat bahan dalam dua lapis (=Duplex Metal): terdiri dari dua lapisan logam yang

berbeda.

Contoh Duplex Metal: tube pada alat HE untuk amoniak. Bahan tube bagian dalam ialah Cu, dan bahan tube bagian luar yang berhubungan dengan amoniak ialah baja

biasa. Hal ini dilakukan karena Cu tidak tahan amoniak.

17

Timah hitam, Pb

• Timah hitam (Pb) murni lunak/empuk sehingga dijadikan bahan pensil 2B.

• Alloy dengan Cu 0,06% cocok untuk lingkungan asam sulfat.

• Timah hitam juga bisa dialloy dengan Sn untuk pipa air minum.

• Logam Pb tidak tahan HNO

₃

, HCl dan asam- asam organik, sehingga alloy Pb jarang

digunakan pada lingkungan ts

^b.

18

Magnesium, Mg

•Magnesium ialah logam valensi 2, warna putih perak, merupakan unsur terbanyak ke 8, dan logam terbanyak ke 6.

•Logam Mg murni jarang digunakan untuk keperluan teknis. Untuk meningkatkan sifat

mekanik dll, Mg dialloy dengan sedikit Al, Zn, dll.

(Tabel 4.15). Dia sendiri dipakai untuk alloy dengan logam lain.

•Penggunaan alloy Mg banyak, tapi karena ringan -sekitar 2/3 alloy Al- dan tingginya rasio

kekuatan terhadap beratnya, maka banyak digunakan untuk pesawat dan rudal.

19

•Sifat ringannya juga menarik untuk bahan konstruksi alat transportasi.

•Sifat lain yang penting ialah rasio kekakuan terhadap berat yang tinggi, sangat mudah

untuk pengerjaan (pemesinan), mutu cor yang baik, dan kapasitas redaman yang tinggi.

•Alloy Mg khusus banyak digunakan di teknik nuklir untuk membungkus uranium pada

reaktor berpendingin gas.

20

Nikel, Ni

Guna: untuk komponen stainless steels, juga untuk lingkungan reducing atau non-oxydising, seperti

asam-asam yang tidak berhubungan dengan udara dan larutan-larutan aqueous.

•Nikel tahan korosi.

•Nikel merupakan logam “pasangan” dari alkali.

•Logam ini tidak tahan belerang. Jika ada gas yang mengandung belerang, maka Ni akan rusak (rapuh).

•Alloy Ni antara lain : - Incoloy : 3-65% Ni

- Hastelloy : 47-85% Ni - Chlorimet : 60-62% Ni

- Monel : 63-66% Ni. ²¹

Timah putih (Sn)

•Timah putih (Sn) paling disukai karena bentuk

dekoratifnya serta sifatnya yang mudah dikerjakan atau dicor. Timah putih dan alloy-nya banyak dipakai karena sifat fisik dan ketahanan yang baik terhadap noda dan korosi di lingkungan netral.

•Dipakai untuk solder dan bantalan, serta pelapis.

•Pipa Sn digunakan untuk mengembunkan uap dan

untuk aquades dengan kemurnian tinggi, mengangkut bir dan minuman ringan, terutama untuk coil pada alat pendingin, dan dalam ukuran yang lebih besar, untuk pipa organ.

22

• Beberapa produk farmasi dan makanan dikemas dalam tabung Sn yang dapat ditekuk.

• Timah putih digunakan untuk kaleng makanan karena tahan korosi dan jika teroksidasi

membentuk lapisan transparan SnO yang protektif dan tidak beracun.

• Kertas Sn digunakan pada gabus penutup stoples dan botol.

23

Seng, Zn

• Logam Zn murni berwarna putih kebiruan.

Seng sangat tahan korosi dalam kondisi alami.

Hampir separuh konsumsi seng dunia dalam bentuk pelapis untuk mencegah korosi pada fabrikasi baja yang terpapar atmosfer dan air.

•Seng tersedia dalam beberapa grade.

•Seng komersial biasa, mengandung 1-5% total Pb, Cd dan Fe.

•Seng elektrolit mengandung Zn minimum 99,95% dan sedikit pengotor Pb, Cd dan Fe.

24

• Seng dengan kemurnian tinggi khusus, minimal 99,99% Zn, digunakan terutama untuk produksi paduan diecasting,

mengandung 4% Al dan 0,04% Mg dan

kadang-kadang 0,75% Cu, seperti pada Tabel 4.30, yang menunjukkan komposisi dari dua paduan yang ditetapkan oleh BS 1004:1972.

Ada juga beberapa paduan seng yang baru.

• Seng yang lebih murni juga tersedia secara komersial.

25

Titanium, Ti

•Guna: untuk lingkungan korosif, kondisi oxydising yang sangat kuat.

•Titanium (Ti) membentuk lapis tipis (TiO₂) yang protektif, sehingga tahan korosi.

•Titanium sangat tahan 3 macam lingkungan:

a. air laut dan garam-garam klorida b. hipoklorit dan klorin basah

c. asam nitrat, juga asam pekat berasap.

26

• Klorida besi dan tembaga, FeCl₃ dan CuCl₂, malah menahan laju korosi Ti.

•Logam Ti menjadi rapuh jika kemasukan gas, sehingga tidak dipakai pada suhu tinggi.

•Titanium biasa dialloy dengan : Al, Cr, Mn, Mo, V, Fe.

27

Zirkonium, Zr

•Zirkonium termasuk Golongan IVa di Tabel Periodik, memiliki banyak kesamaan dalam sifat metalurgi dan kimia dengan Titanium.

•Zirkonium memiliki afinitas yang sangat kuat untuk oksigen, dan ketahanan korosi yang sangat baik karena adanya film oksida

kompak yang kuat.

28

•Pada suhu > 1000⁰C, Zr siap mengambil oksigen, nitrogen, hidrogen dan karbon, sehingga menjadi sangat rapuh dan tidak mudah dikerjakan.

•Zirkonium dipakai dalam reaktor nuklir karena memiliki transparansi yang baik terhadap neutron, kekuatan sedang dan ketahanan oksidasi yang baik dalam air bersuhu tinggi dan dalam karbon dioksida panas.

29

•Ketersediaan komersialnya meningkat,

sehingga industri kimia bisa memanfaatkan ketahanan korosinya yang sangat baik secara ekonomis.

•Ada 2 macam logam Zr kasar, yakni reactor grade bebas Hafnium dan yang membawa

Hafnium murni komersial (ASTM R60001 dan R60702).

•Tersedia alloy Zr komersial, termasuk yang

mengandung aditif Sn, Fe, Cr, dan Ni (R60802) dan (R60804)yang tanpa Ni. Mereka dipakai dalam water cooled nuclear reactors.

30

•Alloy Zr+Nb (R60901) dapat diproses panas.

Di industri kimia, alloy seperti itu (R60705) memberi tahanan korosi yang baik dan

kekuatan yang lebih baik dari Zr murni komersial.

•Umumnya, untuk teknik kimia yang tidak terkait energi atom secara khusus, maka pilihan Zr yang mengandung Hf sudah memadai untuk sifat tahan korosi.

31

Tantalum, Ta

•Guna: untuk kondisi ekstrim.

•Tantalum (Ta) sangat tahan korosi pada berbagai lingkungan.

•Tantalum dapat digunakan untuk handling larutan murni, seperti HCl, tetapi tidak dapat untuk lingkungan alkali, HF serta H₂SO₄ pekat panas.

•Dipakai: HE tubes, coils, U-tubes, linings.

32

•Karena ketahanan korosinya mencakup bermacam lingkungan, Tantalum bahkan digunakan untuk implant dalam tubuh manusia (pengganti tulang).

•Sekalipun ketahanan korosinya hampir seperti gelas, Tantalum tidak tahan

lingkungan yang mengeluarkan Hidrogen.

Hidrogen akan terabsorbsi oleh Tantalum yang menyebabkan kerapuhan.

33