perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id pengaruh …/pengaruh... · 2.4.1. pengertian baja ......
TRANSCRIPT
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
PENGARUH ARUS DAN WAKTU PELAPISAN HARD CHROME TERHADAP KETEBALAN LAPISAN DAN KEKERASAN PADA PLAT BAJA
KARBON RENDAH AISI 1026 DENGAN ELEKTROPLATING MENGGUNAKAN HCrO3 250 gr/lt DAN H2SO4 1,25 gr/lt
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Disusun oleh :
FRANSISKUS SUKMA ADE PUTRA
NIM. I1407024
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA 2012
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
DAFTAR ISI
INTISARI .................................................................................................................. v ABSTRACT ................................................................................................................ vi KATA PENGANTAR .............................................................................................. vii DAFTAR ISI ............................................................................................................. ix DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ xi DAFTAR TABEL ................................................................................................ xii BAB I. PENDAHULUAN ........................................................................................ 1
1.1. Latar Belakang ....................................................................................... 1 1.2. Perumusan Masalah ............................................................................... 3 1.3. Batasan Masalah ..................................................................................... 3 1.4. Maksud dan Tujuan Penelitian................................................................ 4 1.5. Sistematika Penulisan ........................................................................... 4
BAB II. DASAR TEORI .......................................................................................... 6 2.1. Tinjauan Pustaka .................................................................................... 6 2.2. Teori Pelapisan ...................................................................................... 7 2.2.1. Pelapisan Logam.................................................................................. 7 2.2.2. Jenis Pelapisan Logam......................................................................... 8
2.2.2.1. Pelapisan Dekoratif..................................................................... 8 2.2.2.2. Pelapisan Protektif...................................................................... 8
2.2.2.3. Pelapisan Dengan Sifat Khusus Permukaan............................... 8 2.3. Material Logam....................................................................................... 8 2.4. Baja ......................................................................................................... 9
2.4.1. Pengertian Baja ............................................................................. 9 2.4.2. Jenis Baja Karbon ......................................................................... 9 2.4.3. Standarisasi Baja Karbon .............................................................. 10
2.5. Krom (Chrome)....................................................................................... 11 2.5.1. Krom Dan Sifatnya........................................................................ 11 2.5.2. Klasifikasi Pelapisan Krom........................................................... 12
2.5.2.1. Pelapisan Krom Dekoratif................................................... 12 2.5.2.2. Pelapisan Krom Keras (Hard Chrome)............................... 12
2.6. Metode Pelapisan Logam........................................................................ 12 2.7. Elektroplating.......................................................................................... 13 2.8. Proses Pengerjaan Pendahuluan (Pre Treatment)................................... 16 2.9. Prinsip Kerja Lapis Listrik (Elektroplating)............................................ 18 2.10. Reaksi Pada Pelapisan Krom Keras (Hard Chrome)............................ 22
BAB III. METODE PENELITIAN .......................................................................... 24 3.1. Alat Yang digunakan .............................................................................. 24
3.1.1. Alat Penelitian .............................................................................. 24 3.1.2. Alat Pengujian............................................................................... 26
3.2. Bahan Penelitian...................................................................................... 27 3.3. Pelaksanaan Penelitian........................................................................... 28
3.3.1. Persiapan Spesimen Uji................................................................. 28 3.3.2. Pengerjaan Awal (Pre Treatment)................................................. 29 3.3.3. Proses Pelapisan ............................................................................ 29
3.4. Pengujian................................................................................................. 30 3.4.1. Pengukuran Ketebalan Lapisan .................................................... 30 3.4.1. Pengukuran Kekerasan ................................................................. 30
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
3.5. Diagram Alir Penelitian ......................................................................... 32 BAB IV. DATA DAN ANALISIS ........................................................................... 33
4.1. Pengukuran Ketebalan Lapisan ............................................................ 33 4.2. Pengaruh Waktu Terhadap Ketebalan Lapisan ......................... ........... 35 4.3. Pengaruh Arus Terhadap Ketebalan Lapisan ....................................... 36 4.4. Pengukuran Nilai Kekerasan Awal Benda Kerja................................... 37 4.5. Pengukuran Nilai Kekerasan Benda Kerja............................................ 38 4.6. Pengaruh Waktu Terhadap Kekerasan................................................... 39 4.7. Pengaruh Arus Terhadap Kekerasan ..................................................... 40 4.8. Pengaruh Arus Dan Waktu Terhadap Efisiensi Katoda ........................ 41
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................. 44 5.1. Kesimpulan ............................................................................................ 44 5.2. Saran ...................................................................................................... 44
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.2. Mekanisme proses pelapisan ........................................................... 19
Gambar 2.3. Bentuk–bentuk anoda larut ..............................................................21
Gambar 3.1. Alat penelitian .................................................................................25
Gambar 3.2. Skema rangkaian alat penelitian .....................................................25
Gambar 3.3. Alat pengujian .................................................................................26
Gambar 3.5. Pengujian vickers secara skematis ...................................................31
Gambar 3.6. Diagram alir penelitian ....................................................................32
Gambar 4.1. Pengukuran ketebalan lapisan .........................................................33
Gambar 4.2. Grafik hubungan ketebalan lapisan terhadap waktu pelapisan hard
chrome sebagai fungsi arus .................................................................................35
Gambar 4.3. Grafik hubungan ketebalan lapisan terhadap kuat arus listrik sebagai
fungsi waktu .........................................................................................................36
Gambar 4.6. Grafik nilai kekerasan mikro vickers sebagai fungsi kuat arus pada
beberapa kisaran waktu. ........................................................................................39
Gambar 4.7. Grafik nilai kekerasan mikro vickers sebagai fungsi waktu pada
beberapa kisaran arus. ...........................................................................................40
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. sifat-sifat logam krom.............................................................................................11
Tabel 4.1. Komposisi kimia benda kerja ................................................................................27
Tabel 4.2. Data hasil pengukuran ketebalan lapisan dengan arus 0,5 A ................................34
Tabel 4.3. Data hasil pengukuran ketebalan lapisan dengan arus 1 A ...................................34
Tabel 4.4. Data hasil pengukuran ketebalan lapisan dengan arus 1,5 A .................................34
Tabel 4.5. Data hasil pengukuran ketebalan lapisan dengan arus 2 A ...................................34
Tabel 4.6. Data hasil pengukuran ketebalan lapisan dengan arus 2,5 A ................................35
Tabel 4.10. Nilai kekerasan mikro awal benda kerja ............................................................37
Tabel 4.11. Nilai kekerasan mikro benda kerja setelah pelapisan ..........................................38
Tabel 4.6. Hasil perhitungan pelapisan krom keras pada arus 0,5 A dengan variasi
waktu 30,40,50, dan 60 menit. .............................................................................. 42
Tabel 4.7. Hasil perhitungan pelapisan krom keras pada arus 1A dengan variasi
waktu 30,40,50, dan 60 menit. ...............................................................................42
Tabel 4.8. Hasil perhitungan pelapisan krom keras pada arus 1,5 A dengan variasi
waktu 30,40,50, dan 60 menit. ...............................................................................42
Tabel 4.9. Hasil perhitungan pelapisan krom keras pada arus 2 A dengan variasi
waktu 30,40,50, dan 60 menit. ...............................................................................42
Tabel 4.10. Hasil perhitungan pelapisan krom keras pada arus 2,5 A dengan variasi
waktu 30,40,50, dan 60 menit. ............................................................................43
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user v
PENGARUH ARUS DAN WAKTU PELAPISAN HARD CHROME
TERHADAP KETEBALAN LAPISAN DAN KEKERASAN PADA PLAT BAJA
KARBON RENDAH AISI 1026 DENGAN ELEKTROPLATING
MENGGUNAKAN HCrO3 250 gr/lt DAN H2SO4 1,25 gr/lt
Fransiskus Sukma Ade Putra
Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta, Indonesia
E-mail : [email protected]
Intisari
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh arus terhadap ketebalan
lapisan dan nilai kekerasan mikro serta pengaruh waktu terhadap ketebalan lapisan dan nilai kekerasan mikro dalam proses elektroplating hard chrome. Benda kerja yang dipakai adalah plat baja karbon rendah AISI 1026 dengan dimensi panjang 100 mm, lebar 30 mm dan tebal 3 mm .
Elektroplating yaitu suatu proses pengendapan zat atau ion-ion logam pada elektroda negatif (katoda) dengan cara elektrolisis. Penelitian ini dilakukan dengan variasi waktu 30, 40, 50 dan 60 menit sedangkan untuk variasi arus 0,5, 1, 1,5, 2 dan 2,5 A. Larutan elektrolit dengan komposisi HCrO3 250 gr/lt DAN H2SO4 1,25 gr/lt. Pengukuran ketebalan lapisan menggunakan coating thickness measuring instrument dualscope® MPOR. Pengukuran nilai kekerasan mikro dengan menggunakan alat Mikro Hardness Vickers.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan waktu pencelupan dan arus akan diiringi oleh peningkatan ketebalan lapisan serta nilai kekerasan mikro. Hasil ketebalan lapisan dan kekerasan terbaik diperoleh pada arus 2,5 A dengan waktu 50 menit yaitu sebesar 2,51 µm dan 400,17 VHN. Sedangkan laju peningkatan terbaik diperoleh pada waktu 40 menit yaitu 2,067 µm dan 375,03 VHN. Selain itu seiring peningkatan arus dan waktu efisiensi katoda juga mengalami peningkatan, efisiensi katoda terbaik diperoleh pada arus 2,5 A dengan waktu 50 menit yaitu 86,11%.
Kata kunci : baja karbon rendah, elektroplating, hard chrome, kekerasan, ketebalan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
THE INFLUENCES OF ELECTRICAL CURRENT AND LENGTH OF TIME
DURING HARD CHROME PLATING TO THE LAYER THICKNESS AND
HARDNESS OF LOW CARBON STEEL PLATE AISI 1026 BY
ELECTROPLATING USING HCrO3 250 g/L AND H2SO4 1,25 g/L
Fransiskus Sukma Ade Putra
Mechanical Engineering Department
Engineering Faculty, Sebelas Maret University
Surakarta, Indonesia
E-mail : [email protected]
Abstract
The purpose of this research is to find out the influence of electrical current as well as the influence of length of time to the layer thickness and micro hardness value in hard chrome electroplating process. This research uses low carbon steel plate AISI 1026 with specification 100 mm (length), 30 mm (width), and 3 mm (thickness) as work-piece.
Electroplating is a sedimentation process of metal ions or substances on cathode or negative electrode by electrolysis. This research is done in length of time varying from 30, 40, 50, to 60 minutes by using electrical current varying from 0,5, 1, 1,5, 2, to 2,5 A. This research uses electrolyte solution composed of HCrO3 250 g/L and H2SO4 1,25 g/L. Layer thickness is measured by using coating thickness measuring instrument dualscope® MPOR, while micro hardness value is measured by using Micro Hardness Vickers tool.
The result of this research shows that the increase of electrical current and length of time during coating will be followed by the increase of layer thickness and micro hardness value. The optimal result of layer thickness and hardness is 2,51 µm and 400,17 VHN which is gained on 2,5 A in 50 minutes. Meanwhile, the optimal rate of increase is 2,067 µm and 375,03 VHN which is gained in 40 minutes. In addition, cathode efficiency increases in line with the increase of electrical current and length of time. The optimal cathode efficiency is 86,11% which is gained on 2,5 A in 50 minutes. Key words: low carbon steel, electroplating, hard chrome, hardness, thickness
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Penggunaan material logam terutama besi dan baja dalam bidang rekayasa
teknik banyak ditemukan di industri dalam skala besar, menengah maupun kecil.
Penerapannya sendiri sangat luas dan bergantung pada kebutuhan dikarenakan
banyaknya sifat dan karakter yang dimilikinya. Baja adalah paduan logam yang
tersusun dari besi sebagai unsur utama dan karbon sebagai unsur penguat.
Berdasarkan kandungan unsur karbonnya, baja dapat dibedakan menjadi tiga,
yaitu baja karbon rendah, medium dan tinggi. Baja karbon rendah mempunyai
sifat yang mudah ditempa dan mudah dimesin. Contoh penggunaan baja karbon
rendah adalah pipa, gear, shafts, rivets, paku, dan bahan kontruksi baik dalam
bentuk profil atau batangan. Baja karbon rendah memiliki kadar unsur paduan
terbatas umumnya diantara 0,05% - 0,3% karbon (C) dan tergantung aplikasi yang
digunakan (ASM metal handbook Vol.1,1990).
Dalam penggunaannya seringkali terjadi kerusakan yang tidak sesuai
dengan waktu yang telah diperhitungkan sebelumnya, sehingga kualitas maupun
sifat logam menjadi menurun sehingga akan menambah biaya untuk proses
maintenance dan bisa berdampak kerugian. Keadaan yang seperti ini akan
mengurangi daya guna logam tersebut dan menjadi kurang maksimal. Salah satu
kerusakan diakibatkan oleh adanya reaksi dari luar berupa reaksi elektrokimia
dengan lingkungan (korosi) maupun beban dinamis yang dikenakan secara
berulang-ulang yang dapat mengikis permukaan logam. Korosi merupakan reaksi
antara logam dan lingkungan yang terjadi secara elektrokimia dan menyebabkan
penurunan mutu logam (Saleh, 1995).
Banyak sekali yang dapat dilakukan untuk mencegah atau menghambat
terjadinya korosi antara lain proteksi anodik atau katodik, pelapisan (coating),
penggunaan anoda timbal dan pengunaan inhibitor.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
Sifat baja yang kuat, ulet dan tangguh serta tahan aus sangat
dipertimbangkan karena disesuaikan dengan penggunaannya dalam aplikasi
bidang teknik rekayasa. Pada dasarnya dua komponen yang saling kontak dan
bergesekan akan membuat permukaan benda akan mengalami keausan dan hal ini
sangat banyak ditemukan pada peralatan/elemen suatu mesin misalnya sock
absorber, cylinder liner, hydraulic rod, brake piston, dies and molds. Dengan
menurunnya tingkat ketahanan aus maka diperlukan suatu penyelesaian akhir agar
dapat mengurangi kegagalan pada suatu komponen mesin tersebut sehingga dapat
meningkatkan umur pakai serta biaya untuk proses produksi.
Proses penyelesaian akhir suatu logam (metal finishing) sangat diperlukan
untuk mendapatkkan hasil pembentukan yang baik selain itu bisa menambah
tingkat keindahan/penampilan maupun sifat fisik dan mekanik sesuai yang
diinginkan. Salah satu cara yang dilakukan yaitu dengan memberikan lapisan pada
permukaan logam untuk mendapatkan lapisan yang lebih tebal dan lebih keras.
Kekerasan suatu permukaan logam dapat ditingkatkan dengan beberapa
metode diantaranya:
a) Perlakuan panas (heat treatment)
b) Perlakuan mekanis (mechanical treatment)
c) Perlakuan termokimia (thermochemical treatment)
Salah satu metode yang dapat meningkatkan nilai kekerasan dengan tanpa
merubah bagian inti dari logam adalah dengan perlakuan secara termokimia.
Beberapa metode yang diterapkan meliputi karburasi (carburizing), nitridasi
(nitriding), carbonitriding dan chromizing.
Chromizing atau pemberian lapisan krom merupakan salah satu metode
yang sering digunakan oleh masyarakat karena sangat mudah diaplikasikan,
selain itu proses yang diterapkan juga relatif lebih mudah dan murah
dibandingkan dengan yang lain. Metode yang dipakai yaitu dengan pelapisan
listrik (elektroplating), celup panas (hot dip galvanis) dan semprot logam (metal
spraying). Penggunaan didasarkan pada material yang akan dilapis, bagaimana
fungsinya, dan bagaimana penggunaan material tersebut.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
Pada proses elektroplating ada beberapa parameter yang dapat mempengaruhi hasil pelapisan yaitu waktu, tegangan, arus, temperatur dan elektrolit (Hartomo,A.J., dan Kaneko, T, 1992).
Parameter-parameter tersebut sangat berpengaruh terhadap ketebalan dan
kekerasan mikro pada hasil pelapisan tersebut. Maka untuk mendapatkan
komposisi hasil pelapisan yang terbaik perlu dilakukan penelitian lebih lanjut agar
dalam proses pelapisan krom keras plat baja karbon rendah tipe AISI 1026 dapat
diperoleh hasil yang baik khususnya pengaruh arus dan waktu terhadap hasil
terbaik yang didapatkan.
1.2. Perumusan Masalah
Perumusan masalah dalam penelitian ini adalah “Bagaimana pengaruh arus
dan waktu pelapisan hard chrome terhadap ketebalan lapisan dan tingkat
kekerasan mikro pada baja karbon rendah AISI 1026 dengan proses elektroplating
menggunakan HCrO3 250 gr/lt dan H2SO4 1,25 gr/lt”.
1.3. Batasan Masalah
Untuk mengarahkan agar penelitian bisa sesuai dengan tujuan yang
diharapkan maka penulis memberikan beberapa batasan masalah yaitu :
1. Bahan katoda yang dipakai yaitu plat baja karbon rendah dengan
dimensi panjang 100 mm, lebar 30 mm dan tebal 3 mm.
2. Larutan elektrolit yang digunakan adalah :
a) Asam kromat (HCrO3) sebanyak 250 gr/lt.
b) Asam sulfat (H2SO4) sebanyak 1,25 gr/lt.
3. Temperatur larutan elektrolit dianggap konstan 25-30 °C.
4. Anoda yang dipakai adalah anoda timah.
5. Jarak anoda dan katoda dibuat konstan yaitu sebesar 100 mm.
6. Arus yang divariasikan adalah 0,5, 1, 1,5, 2 dan 2,5 A.
7. Waktu yang divariasikani selama proses pelapisan adalah 30, 40, 50
dan 60 menit.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
a. Untuk mengetahui pengaruh kuat arus listrik pada proses
elektroplating hard chrome terhadap ketebalan dan kekerasan mikro
pada plat baja karbon rendah AISI 1026 menggunakan HCrO3 250
gr/lt dan H2SO4 1,25 gr/lt”.
b. Untuk mengetahui pengaruh waktu proses elektroplating hard chrome
terhadap ketebalan dan kekerasan mikro pada plat baja karbon rendah
AISI 1026 menggunakan HCrO3 250 gr/lt dan H2SO4 1,25 gr/lt”.
Manfaat dari penelitian ini adalah :
a. Menambah referensi dalam mengembangkan ilmu pengetahuan dalam
bidang elektroplating khususnya untuk pelapisan krom keras/hard
chrome.
b. Dapat dijadikan sebagai acuan untuk penelitian lebih lanjut.
c. Mampu menambah pemahaman pengetahuan mengenai mekanisme
pelapisan secara elektroplating dengan benar khususnya pelapisan krom
keras sehingga dapat menganalisis serta menerapkan dalam kehidupan
sehari-hari.
d. Mengetahui kombinasi variabel khususnya arus dan waktu untuk
mendapatkan hasil pelapisan berupa ketebalan maupun kekerasan mikro
yang maksimal pada proses elektroplating krom keras/hard chrome.
1.5. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Bab I Pendahuluan, berisi latar belakang penelitian, rumusan masalah,
maksud dan tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah dan
sistematika penulisan.
2. Bab II Tinjauan Pustaka, berisi dasar teori mengenai pelapisan logam
secara listrik, komponen-komponenya maupun jenis pengerjaan
pendahuluan pada benda kerjanya serta penelitian yang telah dilakukan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5
3. Bab III Metode Penelitian, berisi diagram alir penelitian, bahan yang
digunakan, mesin dan alat yang digunakan, tempat penelitian, prosedur
pelaksanaan penelitian dan pengujian.
4. Bab IV Data dan Analisis, berisi data hasil pengujian dan analisa hasil
pengukuran ketebalan serta kekerasan mikro dari proses pelapisan yang
dilakukan.
5. Bab V Penutup, berisi kesimpulan dan saran yang diambil dari penelitian
yang dilakukan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka
Sukrawan, Y (2001) melakukan penelitian tentang variasi rapat arus pada
proses pelapian krom keras pada cincin torak. Parameter yang dipakai yaitu pada
kondisi temperatur 40 oC, dan konsentrasi larutan elektrolit 250 g/l asam kromat,
2,5 g/l asam sulfat serta dengan lamanya waktu pelapisan 60 menit. Pelapisan
dilakukan atas berbagai variasi rapat arus mulai dari 20 A/dm2 sampai 140 A/dm2.
Proses pelapisan yang memenuhi syarat adalah proses pelapisan dengan rapat arus
50, 55, 80, 100, 120 dan 140 A/dm2, sedangkan kondisi optimum dicapai pada
rapat arus 100 A/dm2.
Penelitian Malau,V (2009) bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi
tegangan, suhu dan lama proses pelapisan krom keras terhadap kekerasan dan laju
keausan spesifik lapisan krom pada permukaan baja S45C. Pelapisan dengan
krom dilakukan dalam larutan elektrolit dengan kandungan asam kromat 250
g/liter dan asam sulfat 2,5 g/liter. Parameter pelapisan meliputi variasi tegangan
(3, 4 ½, 6 dan 9 volt), suhu (40, 45, 55 dan 60oC) dan lama pelapisan (30, 40, 50
dan 60 menit). Tegangan, lama dan suhu pelapisan yang paling tepat masing-
masing adalah 6 V, 50 menit dan 55 oC untuk memperoleh hasil optimum/terbaik
dengan kekerasan tertinggi dan keausan spesifik terendah.
Adyani (2009) Penelitian yang telah dilakukan menyatakan bahwa
ketebalan lapisan akan semakin meningkat seiring dengan naiknya kuat arus dan
bertambahnya titik distribusi arus, hasil kekerasan permukaan berdasarkan hasil
uji kekerasan Vickers akan semakin meningkat dengan naiknya kuat arus dan
bertambahnya titik distribusi arus. Ketebalan yang dihasilkan tiap perubahan arus
dari 0,24, 0,54 dan 0,74 A cenderung mengalami peningkatan. Sedangkan untuk
nilai kekerasan mikro yang dihasilkan paling besar yaitu pada arus 0,74 A dengan
distribusi arus sebanyak tiga titik.
Prado, R A (2009) meneliti pelapisan krom keras pada cobalt paduan
sebagai pelapisan krom keras alternatif. Hasil yang diperoleh bahwa dengan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7
meningkatnya arus maka akan meningkatkan kualitas hasil pelapisan seperti
kekerasan, laju pelapisan, efisiensi katoda, dan ketahanan terhadap korosi.
Alian, H (2010) melakukan penelitian mengenai pengaruh tegangan pada
pelapisan seng dan krom dengan proses elektroplating terhadap kekerasan dan laju
korosinya. Dari hasil pengujian didapat pelapis krom lebih baik dari pelapis seng
dalam memproteksi baja karbon terhadap laju korosi dalam lingkungan air laut.
Demikian juga untuk kekerasan yang dihasilkan, penambahan kekerasan terbesar
didapat pada tegangan lisrik 12 Volt, pada pelapis krom kekerasan bertambah dari
116,67 VHN menjadi 120,13 VHN, pada pelapisan seng mengalami penurunan
nilai kekerasan dari 116,67 VHN menjadi 109,35 VHN.
Protsenko V.S. dkk (2011) melakukan studi eksperimental mengenai
karakteristik pelapisan krom keras dengan larutan trivalen krom. Dalam
penelitiannya didapatkan bahwa rapat arus mempengaruhi sifat mekanik yang
dihasilkan terutama nilai kekerasannya. Kenaikan nilai kekerasan terbaik
ditunjukkan pada saat rapat arus mengalami kenaikan dari 15 A/dm2 sampai
dengan 25 A/dm2 .
2.2. Teori Pelapisan
2.2.1. Pelapisan Logam
Pelapisan logam merupakan suatu cara yang dilakukan untuk memberikan
perubahan sifat tertentu pada permukaan benda kerja, dengan demikian benda
kerja tersebut akan mengalami perbaikan sifat mekaniknya dan tidak menutup
kemungkinan pula akan terjadi perbaikan sifat fisiknya. Pelapisan logam
merupakan bagian akhir dari proses produksi yang dilakukan setelah benda kerja
mencapai tahap bentuk akhir atau setelah dilakukan proses permesinan dan
dilakukan proses penghalusan terhadap permukaan benda kerja. Oleh sebab itu
proses pelapisan merupakan suatu pekerjaan finishing atau sering disebut dengan
proses penyelesaian akhir dari suatu produk benda kerja.
2.2.2. Jenis Pelapisan Logam
2.2.2.1. Pelapisan Dekoratif
Pelapisan dekoratif bertujuan untuk menambah keindahan tampak
rupa/secara tampilan suatu produk atau benda kerja. Pelapisan ini sangat digemari
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8
oleh masyarakat karena warna yang cemerlang tidak mudah terkorosi dan dapat
bertahan lama.
2.2.2.2. Pelapisan Protektif
Pelapisan protektif bertujuan untuk melindungi logam/benda kerja dari
pengaruh korosi yang disebabkan oleh reaksi dengan lingkungan. Hal ini
disebabkan karena logam pelapis dapat memutus interaksi dengan lingkungan
sehingga akan terhindar dari proses oksidasi.
2.2.2.3. Pelapisan untuk sifat khusus permukaan
Pelapisan ini bertujuan untuk mendapatkan sifat khusus pada permukaan
benda kerja/suatu produk akhir misalnya sifat mekaniknya seperti kekerasan.
Selain itu juga dapat mendapatkan sifat fisik yang lebih baik misalnya ketebalan
lapisan serta tampak rupa secara tampilan. Dengan kata lain pelapisan ini
merupakan paduan antara pelapisan dekoratif dan protektif untuk mendapatkan
sifat khusus pada permukaan yang lebih baik. Salah satu pelapisan yang sering
diaplikasikan adalah pelapisan dengan krom.
2.3. Material Logam
Material digolongkan menjadi empat yaitu logam, plastik, keramik dan
komposit. Logam dipakai sebagai material utama dalam bidang teknik karena
kekuatan, keuletannya relatif tinggi, relatif mudah untuk diubah menjadi produk
lain, relatif tahan terhadap temperatur tinggi. Material logam dibagi menjadi dua
lagi yaitu ferrous dan non ferrous.
Logam yang termasuk dalam ferrous adalah:
1. Besi cor (besi cor putih, besi cor kelabu, besi cor nodular dan besi cor
malleable).
2. Baja karbon (baja karbon rendah, baja karbon medium, baja karbon tinggi).
3. Baja paduan (baja paduan rendah, baja paduan tinggi).
2.4. Baja
2.4.1. Pengertian Baja
Baja (steel) merupakan suatu campuran antara besi dan karbon dimana
unsur penyusun utamanya adalah karbon. Selain itu mengandung pula campuran
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
9
unsur lain yang jumlahnya dibatasi seperti sulfur (S), fosfor (P), silikon (Si),
mangan (Mn).
2.4.2. Jenis Baja Karbon
Baja karbon dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis berdasarkan
jumlah kandungan karbonya, sesuai kandungan karbonya baja karbon (carbon
steel), dibagi menjadi tiga yaitu :
a. Baja karbon rendah (low carbon steel) dengan kadar karbon (C) 0,05 % -
0,3% .
Mempunyai sifat sebagai berikut:
- Mudah ditempa dan mudah di mesin.
- Penggunaannya:
- 0,05 % - 0,20 % C : automobile bodies, buildings, pipes, chains, rivets,
screws,
- 0,20 % - 0,30 % C : gears, shafts, bolts, forgings, bridges, buildings.
b. Baja karbon menengah (medium carbon steel) dengan kadar karbon (C)
0,30% - 0,50% .
Mempunyai sifat sebagai berikut:
- Kekuatan lebih tinggi daripada baja karbon rendah.
- Sifatnya sulit untuk dibengkokkan, dilas, dipotong.
- Penggunaan:
- 0,30 % - 0,40 % C : connecting rods, crank pins, axles.
- 0,40 % - 0,50 % C : car axles, crankshafts, rails, boilers, auger bits,
screw drivers.
- 0,50 % - 0,60 % C : hammers dan sledges.
c. Baja karbon tinggi (high carbon steel) dengan kadar karbon (C) 0,6 % - 1,5%.
Mempunyai sifat sebagai berikut:
- Sifatnya sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong.
- Mempunyai kandungan karbon 0,60 % - 1,50 % C.
Penggunaan dalam kehidupan sehari-hari:
- screw drivers, blacksmiths hummers, tables knives, screws, hammers,
vise jaws, knives, drills. tools for turning brass and wood, reamers, tools
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
for turning hard metals, saws for cutting steel, wire drawing dies, fine
cutters.
2.4.3. Standarisasi Baja Karbon
Standardisasi adalah proses merumuskan, merevisi, menetapkan, dan
menerapkan standar, dilaksanakan secara tertib dan kerjasama dengan semua
pihak. Standar Nasional Indonesia adalah standar yang ditetapkan oleh instansi
teknis setelah mendapat persetujuan dari Dewan Standardisasi Nasional, dan
berlaku secara nasional di Indonesia.
Selain standarisasi nasional ada pula standarisasi dari Jepang yang biasa di
singkat dengan JIS ( Japan Industrial Standar ) dan AISI (Americal Iron and
Steel Institute) dan dari berbagai Negara lain.
Ada beberapa tipe standarisasi yang umumnya digunakan pada baja,
termasuk baja karbon, diantaranya adalah :
- AISI (American Iron Steel Institute).
- SAE (Society for Automotive Engineering).
- JIS (Japanese Industrial Standard).
- SNI (Standar Nasional Indonesia).
Standarisasi dengan sistem AISI dan juga SAE merupakan tipe
standarisasi dengan berdasarkan pada susunan atau komposisi kimia yang ada
dalam suatu baja. Ada beberapa ketentuan dalam Standarisasi baja berdasarkan
AISI atau SAE, yaitu :
Dinyatakan dengan 4 atau 5 angka:
1. Angka pertama menunjukkan jenis baja.
2. Angka kedua menunjukkan:
a. Kadar unsur paduan untuk baja paduan sederhana.
b. Modifikasi jenis baja paduan untuk baja paduan yang kompleks.
3. Dua angka atau tiga angka terakhir menunjukkan kadar karbon perseratus
persen.
4. Bila terdapat huruf di depan angka maka huruf tersebut menunjukkan
proses pembuatan bajanya.
Contoh standarisasi Baja karbon dengan AISI-SAE :
AISI 1026, berarti :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
11
- Angka 1 : Baja Karbon.
- Angka 0 : Persentase bahan alloy (paduan).
- Angka 26 : Kadar karbon (0,26% karbon).
2.5. Krom (Chrome)
2.5.1. Krom dan sifatnya
Kromium/krom adalah termasuk bahan logam nonferro yang dalam tabel
periodik termasuk grup VIb dan diberi lambang Cr. Logam krom lebih mulia dari
besi (Fe) dengan sifat sebagai berikut:
Tabel 2.1. sifat-sifat logam krom (Lowenheim, F.A., 1978)
Berat Atom 52,01
Nomor Atom 24
Struktur Atom BCC
Berat Jenis 7,91 gr/cm3
Titik Cair 1920 oC
Valensi 2;3;6
Titik Didih 2260 oC
Koefisien Muai panas 6,20 in/ oC
Daya Hantar Panas 38,5 Cal/m jam
Sifat lain yang sangat menonjol adalah mudah teroksidasi dengan udara
membentuk lapisan kromium oksida pada permukaan. Lapisan tersebut akan
bersifat kaku, tahan korosi, tidak berubah warna terhadap perubahan cuaca. Akan
tetapi akan larut dalam asam klorida, sedikit larut dalam asam sulfat, dan tidak
akan larut dalam asam nitrat.
2.5.2. Klasifikasi Pelapisan Krom
Pelapisan krom dapat diklasifikasikan menjadi dua macam yaitu :
2.5.2.1. Pelapisan krom dekoratif
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
Pada pelapisan ini umumnya sebelum dilakukan pelapisan dengan krom
terlebih dahulu dilakukan pelapisan dengan tembaga kemudian nikel. Tebal
lapisan yang dihasilkan dari pelapisan krom dekoratif berkisar antara 0,25-0,5 µm.
Hasil yang paling penting adalah secara tampak rupa atau sifat fisik saja.
2.5.2.2 Pelapisan Krom Keras (hard chrome)
Pelapisan krom keras ini sering disebut dengan industrial krom yaitu
pelapisan krom yang memanfaatkan sifat-sifat krom untuk mendapatkan sifat
mekanik maupun sifat fisik yang lebih baik dan dapat diaplikasikan pada
peralatan/bahan yang membutuhkan sifat seperti: ketahanan panas tinggi,
ketahanan aus tinggi, tahan terhadap lingkungan yang korosif serta memiliki
koefisien gesekan rendah.
Pada pelapisan krom keras, krom diendapkan pada logam dasar secara
langsung tanpa pelapisan perantara. Biasanya lapisan ini lebih tebal dari krom
dekoratif dan tentunya akan lebih keras. Berbeda dengan lapisan tembaga dan
nikel yang berfungsi sebagai anoda adalah tembaga dan nikel. Untuk pelapisan
krom keras logam krom tidak akan berfungsi dengan baik sebagai anoda, sehingga
dalam pelapisan krom digunakan anoda yang tidak larut yaitu timah.
Krom keras dapat menghasilkan lapisan yang lebih tebal dari pelapisan
protektif maupun dekoratif dan tentunya mempunyai kekerasan yang lebih tinggi.
Krom keras sering disebut dengan industrial chromium plating karena banyak
digunakan pada alat-alat industri dan komponen otomotif yang mengalami kontak
mekanis dengan gerakan dinamik antara dua komponen misalnya cylinder liner,
piston rings, poros engkol, dan hydraulic rams. Selain itu juga krom keras juga
diterapkan pada cetakan plastik, metal forming, dan cutting tools.
2.6. Metode pelapisan logam
Salah satu cara dari finishing logam yang banyak diterapkan adalah
pelapisan logam. Mekanisme dari proses ini dapat dilakukan dengan metoda
antara lain secara celup panas (hot dip galvanis), semprot logam (metal spraying)
dan secara listrik (elektroplating).
Pelapisan secara celup panas (hot dip galvanis) adalah suatu proses
pelapisan dimana logam pelapis dipanaskan hingga mencair, kemudian logam
yang dilapis/logam dasar dicelupkan ke dalam logam cair tersebut. Pelapisan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13
logam dengan cara semprot (metal spraying) adalah proses pelapisan logam
dengan cara penyemprotan partikel-partikel halus dari logam cair disertai gas
bertekanan tinggi serta panas pada logam yang akan dilapis/logam dasar.
2.7. Elektroplating
Elektroplating yaitu suatu proses pengendapan zat atau ion-ion logam pada
elektroda negatif (katoda) dengan cara elektrolisis. Terjadinya suatu endapan pada
proses ini adalahn karena adanya ion-ion bermuatan listrik berpindah dari suatu
elektroda melalui elektrolit yang mana hasil dari elektrolisis tersebut akan
mengendap pada katoda, sedangkan endapan yang terjadi bersifat adesif terhadap
logam dasar. Selama proses pengendapan atau deposit berlangsung terjadi reaksi
kimia pada elektroda dan elektrolit baik reaksi reduksi maupun oksidasi dan
diharapkan berlangsung terus menerus menuju arah tertentu secara tetap. Untuk
itu diperlukan arus listrik searah (direct current) dan tegangan yang konstan
(Saleh, 1995).
Michael faraday menemukan hubungan antara produk suatu endapan ion
logam dengan jumlah arus yang dipakai untuk mengendapkannya. Hubungan ini
diungkapkan dalam hukum faraday sebagai berikut :
1. Jumlah bahan yang terdekomposisi pada saat berlangsungnya proses elektrolisa
berbanding lurus dengan kuat arus (ampere) dan waktu pengaliran arus (detik)
dalam suatu elektrolit.
2. Jumlah arus yang sama akan membebaskan jumlah ekivalen yang sama dari
berbagai unsur.
Pernyataan Faraday tersebut diatas dapat ditulis dengan ketentuan atau rumus
seperti berikut ini:
B= F
etI ..
................................................................................................. (2.1)
Keterangan :
B = Berat zat yang terbentuk (g)
I = Jumlah arus yang mengalir (A)
t = Waktu (detik)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
e = Berat ekivalen zat yang dibebaskan (berat atom suatu unsur dibagi valensi
unsur tersebut)
F = Jumlah arus yang diperlukan untuk membebaskan sejumlah gram ekivalen
suatu zat
1F = 96.500 Coulumb
Hukum Faraday sangat erat kaitanya dengan efisiensi arus yang terjadi
pada proses pelapisan listrik.
Efisiensi katoda dapat dituliskan dengan rumus :
η = B
We .............................................................................................. (2.2)
dimana :
µ = Efisiensi katoda (%)
We = Berat lapisan terukur (gram)
B = Berat lapisan sesuai hukum faraday (gram)
Plating termasuk salah satu cara untuk mencegah/mengurangi terjadinya
korosi pada logam dan juga berfungsi sebagai ketahanan bahan serta untuk
memperbaiki sifat bahan itu sendiri. Di samping itu plating juga memberikan
nilai estetika pada logam yang dilapisi, yaitu warna dan tekstur tertentu, serta
untuk mengurangi tahanan kontak dan meningkatkan konduktivitas permukaan
atau daya pantul.
Dalam pelaksanaan proses pelapisan listrik ada beberapa hal yang perlu
diperhatikan yaitu arus yang dibutuhkan untuk untuk melapis (rapat arus),
temperatur larutan, waktu pelapisan dan konsentrasi larutan. Distribusi
perpindahan ion-ion logam selama proses berlangsung akan dipengaruhi oleh
besarnya arus, luas permukaan bahan yang akan dilapis, temperatur larutan,
tegangan dan konsentrasi larutan.
Menurut Hartomo dan Kaneko (1995) parameter-parameter yang
berpengaruh terhadap kualitas pelapisan adalah :
1. Konsentrasi Larutan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15
Konsentrasi ini akan berkaitan dengan nilai pH dari larutan. pH larutan
sebaiknya ditentukan terlebih dahulu agar dapat digunakan untuk melihat atau
mengecek kemampuan dari larutan dalam menghasilkan lapisan yang baik. Pada
umumnya untuk larutan yang bersifat alkali, derajat keasaman (pH) berkisar
antara 11-14, sedangkan untuk larutan yang bersifat asam, pH berkisar 4,5-6,5.
Untuk mengatur nilai pH sesuai yang diinginkan, digunakan sodium atau
potassium hydroksida dan asam sulfat untuk larutan yang bersifat asam. Jika nilai
pH melebihi dari nilai yang diijinkan maka akan terjadi sumuran pada permukaan
produk dan lapisan kasar pada permukaan benda yang dilapisi.
2. Rapat Arus
Rapat arus adalah bilangan yang menyatakan jumlah arus listrik yang
mengalir per satuan luas permukaan elektroda. Rapat arus terbagi dalam dua
macam rapat arus anoda (anode currenty) dan rapat arus katoda (cathode current).
Pada proses lapis listrik rapat arus yang diperhitungkan adalah rapat arus katoda,
yaitu banyaknya arus listrik yang diperlukan untuk mendapatkan atom-atom
logam pada tiap satuan luas permukaan benda kerja yang akan dilapisi.
Rapat arus dapat diatur, makin tinggi rapat arus, makin meningkat kecepatan
pelapisan dan dapat memperkecil bentuk kristal. Tetapi bila rapat arus terlalu
tinggi akan mengakibatkan lapisan kasar, bersisik dan akan terbakar/hitam. Untuk
proses lapis listrik ini faktor rapat arus memegang peranan sangat penting, karena
akan mempengaruhi efisiensi arus.
Efisiensi arus adalah perbandingan berat endapan yang terjadi dengan berat
endapan secara teoritis dan dinyatakan dalam persen. Bila diatas dijelaskan bahwa
arus dalam proses lapis listnk diinginkan dalam kondisi yang konstant, maksud
dari pernyataan tersebut adalah tegangan tidak akan berubah atau terpengaruh
oleh besar kecilnya arus yang terpakai.
Sehingga untuk memvariabelkan ampere, maka yang divariabelkan hanyalah
tahanannya saja, sedangkan voltasenya tetap. Satuan rapat arus dinyatakan dalam
A/dm2 atau A/ft2 atau A/in2.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
3. Temperatur
Temperatur larutan dapat mempengaruhi hasil lapisan. Kenaikan temperatur
larutan menyebabkan bertambahnya ukuran kristal. Temperatur sangat penting
untuk menyeleksi cocoknya jalannya reaksi dan melindungi pelapisan.
Keseimbangan temperatur ditentukan oleh beberapa faktor seperti ketahanan,
jarak anoda dan katoda, serta ampere yang digunakan.
Pada temperatur yang tinggi, daya larut bertambah besar dan terjadi
penguraian garam logam. Temperatur tinggi akan membuat tingginya
konduktivitas serta menambah mobilitas ion logam tetapi viscositas jadi
berkurang. Kurangnya viscositas menyebabkan endapan ion logam pada katoda
akan lebih cepat sirkulasinya.
4. Tegangan (Voltage)
Proses pelapisan listrik membutuhkan tegangan yang konstan, maksudnya
tegangan tidak akan berubah oleh besar kecilnya ampere yang terpakai.
5. Waktu Pelapisan
Waktu pelapisan akan mempengaruhi terhadap kuantitas dari hasil pelapisan
yang terjadi dipermukaan produk yang dilapis. Kenaikan temperatur akan
menyebabkan naiknya konduktivitas dan difusitas larutan elektrolit, berarti
tahanan elektrolit akan mengecil sehingga potensial dibutuhkan untuk mereduksi
ion-ion logam berkurang.
6. Throwing power
Yang dimaksud dengan Throwing power ialah kemampuan larutan penyalur
menghasilkan lapisan dengan ketebalan merata dan sejalan dengan terus
berubahnya jarak antara anoda dan permukaan komponen selama proses.
2.8. Proses Pengerjaan Pendahuluan (Pre Treatment)
Sebelum dilakukan proses pelapisan logam, permukaan logam harus
disiapkan untuk menerima adanya lapisan. Persiapan ini bertujuan untuk
meningkatkan daya ikat antara lapisan dengan bahan yang dilapisi. Permukaan
yang ideal dari bahan dasar adalah permukaan yang seluruhnya mengandung atom
bahan tersebut tanpa adanya bahan asing lainnya (Hartomo dan Kaneko, 1995).
Untuk mendapatkan kondisi seperti tersebut perlu dilakukan pengerjaan
pendahuluan dengan tujuan :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
17
- Menghilangkan semua pengotor yang ada dipermukaan benda kerja seperti
pengotor organik dan anorganik/oksida.
- Mendapatkan kondisi fisik permukaan yang lebih baik dan lebih aktif.
Teknik pengerjaan pendahuluan ini tergantung dari pengotornya, tetapi
secara umum dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
a. Pembersihan Secara Mekanik
Pekerjaan ini bertujuan untuk menghaluskan permukaan dan
menghilangkan goresan-goresan serta geram-geram yang masih melekat pada
benda kerja. Biasanya untuk menghilangkan goresan-goresan dan geram-geram
tersebut dilakukan dengan mesin gerinda, sedangkan untuk menghaluskan
permukaannya dilakukan dengan proses buffing. Prinsipnya sama seperti proses
gerinda, tetapi roda/wheel polesnya yang berbeda yaitu terbuat dari bahan katun,
kulit dan laken. Selain dari pengerjaan seperti tersebut diatas, kadang-kadang
diperlukan proses lain misalnya penyikatan (brushing) dan brigthening.
b. Pembersihan dengan Pelarut (Solvent)
Proses ini bertujuan untuk membersihkan lemak, minyak, garam dan
kotoran-kotoran lainnya dengan pelarut organik. Proses pembersihan pada
temperatur kamar yaitu dengan menggunakan pelarut organik dan dilakukan
pada temperatur kamar dengan cara diusap/dioles.
c. Pembersihan dengan Alkali (Degreasing)
Proses ini bertujuan untuk membersihkan benda kerja dari lemak atau
minyak-minyak yang menempel. Pembersihan ini perlu sekali, karena lemak
maupun minyak tersebut akan mengganggu pada proses pelapisan, karena
mengurangi kontak antara lapisan dengan logam dasar/benda kerja. Pencucian
dengan alkali digolongkan dalam dua cara yaitu dengan cara biasa (alkali
degreasing) dan dengan cara elektro (elektrolitic degreasing). Pembersihan
secara biasa adalah merendamkan benda kerja ke dalam larutan alkali dalam
keadaan panas selama 5-10 menit. Lamanya perendaman harus disesuaikan
dengan kondisi permukaan benda kerja. Seandainya lemak atau minyak yang
menempel lebih banyak, maka dianjurkan lamanya perendaman ditambah
hingga permukaan bersih dari noda-noda tersebut.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
d. Pencucian dengan asam (Pickling)
Pencucian dengan asam adalah bertujuan untuk membersihkan permukaan
benda kerja dari oksida atau karat dan sejenisnya secara kimia melalui
peredaman. Larutan asam ini terbuat dari pencampuran air bersih dengan asam
antara lain :
- Asam klorida (HCl)
- Asam sulfat (H2SO4)
- Asam sulfat dan asam fluorida (HF)
Reaksi proses pickling sebetulnya adalah proses elektrokimia dalam sel
galvanis antara logam dasar (anoda) dan oksida (katoda). Gas H2 yang timbul
dapat mereduksi ferrioksida (Fe2O3) menjadi ferrooksida (Fe3O4) yang mudah
larut. Dalam reaksi ini biasanya diberikan inhibitor agar reaksi tidak terlalu
cepat dan menghasilkan pembersihan yang merata. Untuk benda kerja dari
besi/baja cor yang masih mengandung sisa-sisa pasir dapat digunakan larutan
campuran dari asam sulfat dan asam fluorida, sebab larutan tersebut dapat
berfungsi selain untuk menghilangkan oksida/serpih juga dapat membersihkan
sisa-sisa pasir yang menempel pada benda kerja (Saleh, 1995).
2.9. Prinsip Kerja Lapis Listrik (Elektroplating)
Elektroplating adalah suatu proses pelapisan dimana terjadi pengendapan
suatu lapisan logam tipis pada permukaan yang dilapisi dengan menggunakan arus
listrik. Biasanya proses elektroplating dilakukan dalam suatu bejana atau cawan
yang terdiri dari elektroda yang dihubungkan dengan arus listrik searah (DC)
dimana rangkaian ini disebut sel elektrolisa.
Pada prinsipnya pelapisan logam dengan cara lapis listrik atau
elektroplating adalah merupakan rangkaian dari arus listrik, anoda, larutan
elektrolit dan katoda (benda kerja). Keempat gugusan ini disusun sedemikian
rupa, sehingga membentuk suatu sistem lapis listrik dengan rangkaian sebagai
berikut:
- Anoda dihubungkan pada kutub positif dari sumber listrik
- Katoda dihubungkan pada kutub negatif dari sumber listrik
- Anoda dan katoda direndamkan dalam larutan elektrolitnya
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
19
Anoda
Elektrolit
Untuk lebih jelasnya rangkaian dan prinsip kerja proses lapis listrik dapat dilihat
pada gambar 2.2.
Gambar 2.2. Mekanisme proses pelapisan (Alian, 2010)
Bila arus listik (potensial) searah dialirkan antara anoda dan katoda dalam larutan
elektrolit, maka muatan ion positif ditarik oleh katoda. Sementara ion bermuatan
negatif berpindah ke arah anoda ion-ion tersebut dinetralisir oleh kedua elektroda
dan larutan elektrolit yang hasilnya diendapkan pada elektroda katoda. Hasil yang
terbentuk adalah lapisan logam dan gas hidrogen.
a. Larutan Elektrolit
Suatu proses lapis listrik memerlukan larutan elektrolit yang merupakan
media proses berlangsung. Larutan elektrolit dapat dibuat dari larutan asam dan
garam logam yang dapat membentuk ion-ion positif. Tiap jenis pelapisan larutan
elektrolitnya berbeda-beda tergantung pada sifat-sifat elektrolit yang diinginkan.
Larutan elektrolit selalu mengandung garam dari logam yang akan dilapis.
Garam-garam tersebut sebaiknya dipilih yang mudah larut tetapi anionnya tidak
mudah tereduksi. Walaupun anion tidak ikut langsung dalam proses terbentuknya
lapisan, tetapi jika menempel pada permukaan katoda (benda kerja) akan
menimbulkan gangguan akan terbentuknya struktur mikro lapisan.
Kemampuan atau aktivitas dari ion-ion logam ditentukan oleh konsentrasi
dari garam logamnya, bila konsentrasi logamnya tidak mencukupi untuk
diendapkan, akan terjadi endapan/lapisan yang terbakar pada rapat arus yang
relatif rendah.
4
3
2 1
Sumber Arus
Katoda
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
Beberapa bahan/zat kimia sengaja ditambahkan ke dalam larutan elektrolit
bertujuan untuk mendapatkan sifat-sifat lapisan tertentu. Sifat-sifat tersebut
antara lain tampak rupa (appearance), kegetasan lapisan (brittleness), keuletan
(ductility) dan kekerasan (hardness).
b. Anoda (elektroda positif )
Pada proses pelapisan secara listrik, peranan anoda sangat penting dalam
menghasilkan kualitas lapisan yang baik. Pengaruh kemurnian/kebersihan anoda
terhadap elektrolit dan penentuan optimalisasi ukuran serta bentuk anoda perlu
diperhatikan. Untuk pelapisan krom menggunakan anoda tidak terlarut (unsoluble
anode).
Perhitungan yang cermat dalam menentukan anoda pada proses pelapisan
dapat memberikan keuntungan yaitu meningkatkan distribusi endapan,
mengurangi kontaminasi larutan, menurunkan biaya bahan kimia yang dipakai,
meningkatkan efisiensi produksi dan mengurangi timbulnya masalah-masalah
dalam proses pelapisan.
Adanya arus listrik yang mengalir melalui larutan elektrolit diantara kedua
elektroda, maka pada anoda akan terjadi pelepasan ion logam dan oksigen
(reduksi), selanjutnya ion logam tersebut dan gas hidrogen diendapkan pada
elektroda katoda. Peristiwa ini dikenal sebagai proses pelapisan dengan anoda
terlarut (soluble anode). Tetapi bila anoda tersebut hanya dipakai sebagai
penghantar arus saja (conductor of current), anoda ini disebut anoda tak larut
(unsoluble anoda).
Anoda tidak larut adalah paduan dari bahan-bahan seperti baja nikel,
paduan timbal-timah, karbon, platina-titanium dan lain sebagainya. Anoda ini
diutamakan selain sebagai penghantar yang baik juga tidak mudah terkikis oleh
larutan dengan atau tanpa aliran listrik. Tujuan dipakainya anoda tidak larut
adalah untuk:
- Mencegah terbentuknya logam yang berlebihan dalam larutan
- Mengurangi nilai investasi peralatan
- Memelihara keseragaman jarak anoda dan katoda
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
21
Kerugian penggunaan anoda tidak larut adalah cenderung teroksidasi
unsur-unsur tertentu dari anoda tersebut ke dalam larutan. Beberapa kriteria yang
perlu diperhatikan dalam memilih anoda terlarut antara lain adalah :
- Efisiensi anoda yang akan dipakai
- Jenis larutan elektrolit
- Kemurnian bahan anoda
- Bentuk anoda
- Rapat dan kepasitas arus yang disuplai
- Cara pembuatan anoda
Efisiensi anoda akan turun/berkurang akibat adanya logam pengotor
(metallic impirities) dan kekasaran butiran yang terdapat dalam larutan.
Kemurnian anoda terlarut dapat meningkatkan efisensi anoda, tetapi rapat arus
yang tinggi pada saat pelapisan berlangsung akan menyebabkan pasivasi pada
anoda, sehingga perlu diperhitungkan besarnya rapat arus terhadap luas
permukaan anoda. Pada proses lapis listrik yang umum dipakai perbandingan
anoda dengan katoda adalah 2:1, karena kontaminasi anoda adalah
penyebab/sumber utama pengotor, maka usahakan menggunakan anoda semurni
mungkin. Sedapat mungkin menggunakan anoda sesuai dengan bentuk benda
yang akan dilapis. Jarak dan luas permukaan anoda diatur sedemikian rupa,
sehingga dapat menghasilkan lapisan yang seragam dan rata. Rapat arus anoda
usahakan dalam range yang dikehendaki agar mudah dikendalikan. Contoh dari
bentuk-bentuk anoda dapat dilihat pada gambar 2.3.
Gambar 2.3. Bentuk–bentuk anoda larut (Saleh, 1995)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22
c. Air
Pada industri pelapisan secara listrik, air merupakan salah satu unsur
pokok yang selalu harus tersedia. Biasanya penggunaan air pada proses lapis
listrik dikelompokan dalam empat macam yaitu :
- Air untuk pembuatan larutan elektrolit
- Air untuk menambah larutan elektrolit yang menguap
- Air untuk pembilasan
- Air untuk proses pendingin
Dari fungsi air tersebut dapat ditentukan kualitas air yang dibutuhkan
untuk suatu proses. Air ledeng/kota dipakai untuk proses pembilasan, pencucian,
proses etsa dan pendingin. Sedangkan air bebas mineral (aquades) dipakai khusus
untuk pembuatan larutan.
Pada proses pelapisan air yang digunakan harus berkualitas baik. Air
ledeng/kota yang masih mengandung kation dan anion, jika bercampur dengan
ion-ion dalam larutan akan menyebabkan turunnya efisiensi endapan/lapisan.
Unsur-unsur yang tidak diinginkan dalam larutan adalah unsur kalsium dan
magnesium, karena mudah bereaksi dengan kadmium sianida, tembaga sianida,
perak sianida dan senyawa-senyawa lainnya, sehingga akan mempercepat
kejenuhan larutan.
Umumnya unsur-unsur yang terdapat dalam air adalah kandungan dari
garam-garam seperti bikarbonat, sulfat, klorida dan nitrat. Unsur-unsur garam
logam alkali (sodium/potassium) tidak begitu mempengaruhi konsentrasi larutan
sewaktu operasi pelapisan berlangsung, kecuali pada larutan lapis nikel. Hal ini
disebabkan oleh kenaikan arus listrik (throwing power). Pada plat lapis nikel
dihasilkan lapisan yang getas (brittle). Adanya logam-logam berat seperti besi dan
mangan sebagai pengotor menimbulkan cacat-cacat antara lain kekasaran
(roughness), porous, gores (streakness), noda-noda hitam (staining), warna yang
suram (iridensceat) atau mengkristal dan modular. Untuk itu maka diperlukan air
murni (reagent water) untuk membuat larutan dan menggantikan larutan yang
menguap (Saleh, 1995).
2.10. Reaksi pada pelapisan krom keras (hard chrome)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23
Mekanisme pengendapan ion pada pelapisan krom keras dengan
elektroplating cukup kompleks. Ion kromat (CrO3) merupakan sumber ion Cr
yang akan mengendap dan membentuk lapisan pada permukaan katoda(benda
yang akan dilapis).Asam kromat dalam air cenderung akan membentuk asam
dikromat (dichromic acid, H2Cr2O7). Asam dikromat berwujud Cr2O72- dalam
larutan elektrolit dan selanjutnya akan mengendap untuk membentuk lapisan pada
permukaan katoda.
Ada 3 reaksi secara simultan pada katoda yaitu :
1). Pengendapan Cr :
Cr2O7 2- + 14H+ + 12e- 2Cr + 7 H2O
2). Pembentukan H2 :
2H+ + 2e- H2
3). Pembentukan ion Cr :
Cr2O7 2- + 14H+ + 6e- 2Cr3+ + 7 H2O
Ada 3 reaksi secara simultan pada anoda yaitu:
1). Pelepasan O:
2H2O O2 + 4H+ + 4e-
2). Oksidasi ion Cr :
2Cr3- + 6H2O 2CrO3 + 12H+ + 6e-
3). Pembentukan PbO2 :
Pb + 2H2O PbO2 + 4H- + 4e-
Krom tidak dapat berfungsi sebagai anoda dengan baik karena dapat
dengan mudah larut di dalam larutan asam kromat. Maka sebagai pengganti
digunakan anoda timah hitam (Pb) yang bersifat tidak mudah larut dalam larutan
asam kromat. Lapisan PbO2 akan menyelimuti anoda pada saat dilakukan proses
pelapisan. PbO2 mempunyai fungsi untuk membantu proses pembentukan ion Cr3+
dan mengendalikan jumlah ion yang ada. Lapisan PbO2 akan membuat alliran arus
berkurang sehingga ion Cr3+ yang terbentuk tidak akan berlebihan. Bila ion Cr3+
yang terbentuk berlebihan maka akan membuat permukaan spesimen akan
menjadi lebih kasar karena ion yang terdeposit tidak terbentuk secara teratur.
Anoda yang baik mempunyai bentuk dan ukuran sesuai dengan benda
kerja yang akan dilapisi tetapi disarankan agar anoda lebih pendek dari benda
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
kerja. Hal ini dikarenakan agar tidak tidak terjadi kelebihan arus pada ujung benda
kerja dan ketebalan akan bisa lebih merata.