Inilah dia, teman, sahabat, sekaligus ustadz pribadiku

Khodimul Istiqlal, yah itulah namanya. Salah satu alumni Teknik Elektro Univ.Jember 09 ini adalah sahabat dan ustadz pribadiku. Gimana nggak, lebih dari separuh perjalanan hidupku selama kuliah, dialah yg sering ada didekatku, ga pagi, ga siang, ga malem, selalu ada dia. Yah, itu semua karena kita serumah :-). Tapi, yg paling aku sesali adalah ketika aku meninggalkan rumah, dia sedang ga ada. Ketika wisuda pun aku ga bertemu dengannya, hingga aku bener" meninggalkan Jember untuk pergi ke Karawang, aku ga bisa bertemu dengannya. I miss you Khodimul, berharap kita bisa bertemu di lain waktu, di lain kesempatan, dan kita harus memenuhi nazar kita untuk ke puncak tertinggi di Pulau Jawa, Mahameru. :-)

Bromo

Bromo. Menyajikan pemandangan yg luar biasa indah di mata kami. Melihat sang matahari bangun dari tidurnya, memancarkan sinar hangatnya ke Bumi, i think that is wonderful. Tak banyak kata, aku merindukan Bromo, saat" seperti ini, ketika aku jauh dari Jawa. See you next time Bromo

HVOF

  KOROSI

HVOF THERMAL SPRAY

Oleh

Ach. Nurfanani

NIM 091910101074

   

PROGRAM STUDI STRATA - 1 TEKNIK

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS JEMBER

2013

PRAKATA

Puji syukur kami panjatkan kepada Allah SWT atas segala rahmat, karunia serta hidayah-Nya, sehingga tugas makalah teknik pelapisan  ini dapat diselesaikan dengan baik.

Dengan tersusunnya makalah ini maka tak lupa penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya atas segala arahan dan bimbingan yang telah diberikan kepada:

1.      Bapak F.X. Kristianta S.T. ,M.Eng. selaku dosen mata kuliah Teknik Pelapisan

2.      serta teman-teman seperjuangan di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember dan semua pihak yang telah membantu.

Kami menyadari bahwa dalam penyusunan makalah ini masih jauh dari apa yang diharapkan dan mungkin terdapat banyak kekurangan-kekurangan maupun kelemahan-kelemahan baik isi maupun penyajiannya, hal ini tidak lain karena keterbatasan ilmu dan kemampuan yang penyusun miliki. Oleh karena itu penulis berharap adanya kritik dan saran yang sifatnya membangun dari semua pihak demi kesempurnaan laporan ini.

Akhirnya, semoga penulisan makalah ini dapat bermanfaat bagi ilmu pengetahuan dan kita semua.

Jember, Januari 2013

                                                                                                Penyusun  

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Surface treatment menjadi sangat penting karena dalam aktifitas permesinan saat ini mengingat fungsi dan tujuan dari adanya hal ini sangat mendukung dari alur perkembangan logam dalam upaya meningkatkan fungsi dari masing-masing logam. Proyek pengerjaan logam tentunya memerlukan nilai kekerasan tiap-tiap logam yang akan digunakan untuk memudahkan dan meningkatkan nilai efisiensi pabrik itu sendiri. Dengan adanya surface treatment pengerjaan logam untuk pelaksanaan proses permesinan selanjutnya akan lebih mudah, dapat juga meningkatkan kekuatan dari logam yang menjadi spesimen, karena dalam proses surface treatment ini terjadi yang namanya penghilangan tegangan dalam dan meningkatkan tingkat keuletan logam yang menjadi specimen.

Aplikasi coating untuk ketahanan aus dan ketahanan korosi adalah salah satu cara untuk mengatasi permasalahan wear and corrosion di industri minyak, gas, pembangkit, dan industri besar lainnya. Thermal spray coating adalah salah satu teknologi pelapisan yang baru dikenal di Indonesia pada pertengahan tahun 90-an. Kendala yang ada saat ini adalah thermal spray coating masih terbatas dalam aplikasinya yaitu pada aplikasi metalic coating untuk restorasi dimensi seperti arc spraying. Hal ini menyebabkan output yang tidak optimum apabila digunakan pada aplikasi untuk ketahan aus dan korosi. HVOF coating adalah jenis proses thermal spray yang memanfaatkan tekanan tinggi dari pembakaran bahan oksigen di ruang pembakaran sehingga menghasilkan kecepatan gas supersonic diatas 800 m/s dan temperatur sekitar 2800⁰ Celcius. Hasil yang diharapkan adalah ketahanan aus dan korosi dengan karakteristik densitas, kekerasan, dan daya rekat yang tinggi dibandingkan dengan proses thermal spray lainnya. Energi kinetik yang tinggi pada saat tumbukan dari serbuk yang dipanaskan dan temperatur yang relatif rendah menghasilkan coating dengan densitas dan kekerasan yang tinggi. 

1.2  Rumusan Masalah

a.       Bagaimana Proses HVOF Thermal Spray

b.      Keunggulan dan Kelemahan HVOF Thermal Spray

c.       Aplikasi di Bidang Industri

1.3  Tujuan dan Manfaat

Adapun tujuan dan manfaat dari pembuatan makalah ini adalah Mahasiswa diharapkan memahami proses HVOF thermal spray dan aspek-aspek lain dari penggunaan teknologi HVOF thermal spray ini.

                                                                     BAB 2. PEMBAHASAN

2.1 Proses Thermal Spray

Thermal spray coating adalah suatu proses dimana bahan dalam bentuk serbuk atau kawat logam dan non logam dideposisikan dalam kondisi cair pada suatu permukaan yang telah disiapkan sebelumnya untuk membentuk lapisan spray. Teknik ini merupakan salah satu teknik yang banyak digunakan untuk rekayasa permukaan dan pengembangan bahan tingkat lanjut.

Gambar 1. Tipe surface treatment

Proses thermal spray secara umum melindungi logam dasar pada kondisi lingkungan dengan tingkat yang merusak yang tinggi. Kategori dalam Proses HVOF: - Detonation-Gun Spraying (pada proses ini akan menghasilkan ketebalan lapisan > 0.5 mm. Kekerasan, berat jenis, dan kekuatan lekat bernilai tinggi jika dibandingkan dengan pelapisan Plasma Sprayed, tingkat kebisingannya 150 desibel), dan Diamond Jet HVOF yang kemudian dikenal dengan HVOF thermal spray. Setiap jenis coating yang dipilih diharapkan dapat memiliki satu atau beberapa fungsi yang diharapkan seperti ketahanan aus, tahan korosi, tahan terhadap konduktivitas elektrik dan restorasi dimensi.

Teknik thermal spray merupakan proses dimana material pelapis (feedstock material) dipanaskan dan didorong sebagai partikel individu atau droplets ke suatu permukaan (base material / substrat). Energi termal yang digunakan untuk melelehkan material pelapis yaitu electrical dan flame heating.

Gambar 2. Metode dan ilustrasi penembakan

Pemilihan proses thermal spray didasarkan kepada aplikasi yang akan digunakan. Sebagai contoh untuk aplikasi anti korosi, proses yang paling tepat adalah dengan menggunakan arc spraying sebab material yang akan di deposisi adalah metallic coating yang memiliki melting temperature rendah. Pertimbangan lain adalah kemudahan dalam pengoperasiannya.

Material feedstock dapat berupa apa saja yang dapat dilelehkan termasuk logam, senyawa logam, semen, oksida, gelas atau polimer. Dan juga dapat dalam bentuk powder, wire, atau rod. Pengikat antara substrat dan pelapis dapat berupa ikatan mekanik, kimia, metalurgi atau kombinasi dari ketiganya.

Sifat-sifat dari pelapis bergantung pada jenis material, proses thermal spray dan parameter-parameter yang diterapkan, dan perlakuan setelah proses thermal spray pada pelapis.

 Saat ini teknologi thermal spray coating di Indonesia sudah cukup dikenal di kalangan industri. Untuk aplikasi ketahanan aus dibutuhkan proses coating dengan karakteristik densitas yang tinggi serta kekerasan yang tinggi dengan bahan ceramic metal (cermet) dan karbida. Kesalahan dalam penentuan proses coating dapat menyebabkan akibat yang fatal dimana umur coating yang pendek menyebabkan biaya perawatan yang semakin meningkat dan kerugian waktu akibat dari plant shutdown yang akhirnya berakibat pada biaya produksi.

Pembakaran, dinamika gas, dan kecepatan nyala pembakaran adalah karakteristik penting untuk menghasilkan lapisan berkekuatan lekat tinggi, porositas rendah, dan padat. Sebelum memasuki ruang bakar, oksigen dan bahan bakar dicampur dibawah tekanan dalam bagian mixer, kemudian saat pembakaran, reaksi kimia mengambil alih dan melepaskan energi panas. Tekanan meningkat seiring dengan peningkatan temperatur yang menghasilkan kecepatan gas.

Setelah pembakaran, propan dan oksigen membentuk air dan gas karbondioksida. Karena temperatur deposisi yang tinggi, air menguap. Energi dari reaksi kimia dikonversikan menjadi panas dan tekanan, yang digunakan untuk melelehkan dan mempercepat partikel powder bersama gas pembawa. Temperatur, tekanan, komposisi gas, massa jenis gas, dan luas dimana gas berlalu merupakan variabel yang mempengaruhi kecepatan gas. Gelombang suara di udara adalah gelombang longitudinal dimana dorongan disampaikan dari molekul ke molekul. Restoring force untuk gelombang ini disuplai oleh tekanan dari udara. Ketika sebuah obyek bergerak melaju dalam fluida, gelombang tekanan melebar dari obyek menjadi spherical sheels. Gelombang tekanan ini merupakan sebuah urutan rarefraction yang bergerak keluar dari obyek. Karena tekanan meningkat, molekul gas bergetar, laju getaran molekul disebut frekuensi. Semakin besar frekuensi maka semakin besar pitch suara.

Ketika kecepatan gas mencapai tingkat kecepatan suara (sonic), ini dikatakan berada pada critical state. Di atas critical state berada pada supersonic atau hypersonic velocity, yang bisa didapatkan dengan menggunakan nosel divergen. Kecepatan gas dapat didefinisikan dalam bilangan mach yang merupakan perbandingan kecepatan gas sebenarnya terhadap kecepatan sonic.

Gambar 3. Perbandingan hasil ketahanan aus antara thermal spray dengan hard chrome plating

2.2  Keunggulan dan Kelemahan Thermal Spray HVOF

Keunggulan dari proses ini dibandingkan dengan proses lainnya seperti PVD (Physycal Vapour Deposition), CVD (Chemical Vapour Deposition), brazing, cladding dan electroplating adalah :

—  Proses pelapisan dengan thermal spray memiliki ketebalan diatas 50    micrometer.

—  Laju deposisi tinggi.

—  Dapat dilakukan pada kondisi atmosfer.

—  Beragam jenis bahan seperti logam, keramik, paduan logam keramik, polymer, karbida, dapat dideposisikan dengan mudah sesuai dengan aplikasi yang diinginkan.

—  Lebih ramah lingkungan karena tidak memiliki limbah buang yang berbahaya pada lingkungan seperti pada hard chrome.

Kelemahan :

Investasi yang sangat tinggi merupakan salah satu kendala penggunaan HVOF thermal spray. Komponen biaya paling besar terdapat pada gun system dan ini berkaitan dengan paten serta beberapa komponen seperti nozzles yang memiliki tuntutan proses permesinan dengan kepresisian yang tinggi.

2.3  Aplikasi

Aplikasi umum dari pelapisan HVOF :

—  Industri manufaktur umum : extrusion Dies, Thread guides, Forging Tool, Wire Drawing Capstans, Casm followers, Roller Bearing, Hot Forming Dies.

—  Industri Turbin gas : Turbine Nozzles, Jet Engine Manifold Rings, Gas Turbine Fan Seals, Aircraft Flap Tracks, Expansion Joints, Mid Span Supports (Fan Blades)

—  Industri Perminyakan : Pump Plungers, Liners, Sleeves, compressor Rods.

—  Industri proses kimia : Gate Valves, Pump components.

—  Industri kertas/Bubur kertas : Printing Rolls, Digestors, liquor tanks

—  Industri otomotif : Piston Rings, cylinder liners

BAB 3. PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Dari beberapa tinjauan pustaka, maka HVOF thermal spray secara umum dapat diambil kesimpulan, diantaranya :

1.         Kekerasan, berat jenis, dan porositas

Pelapisan thermal spray sering digunakan karena derajat kekerasannya yang relatif lebih tinggi daripada pelapisan cat (paint coatings). Kekerasan dan ketahanan korosinya membuat pelapisan thermal spray sangat bernilai pada pemakaian dengan tingkat keausan tinggi. Kekerasan dan berat jenis thermal spray pada umumnya lebih rendah daripada material feedstock itu sendiri sebelum dilapiskan. Pada pelapisan logam thermal spray, kekerasan, berat jenis bergantung pada material yang digunakan. Secara umum semakin tinggi kecepatan partikel, semakin tinggi tingkat kekerasan dan berat jenisnya. Kekerasan dan berat jenis juga bergantung pada temperatur partikel dan jenis gas atomisasi yang digunakan. Porositas yang terbentuk bergantung pada proses pelapisan thermal spray, parameter yang digunakan, dan material thermal spray.

2.      Ketahanan korosi

Lapisan logam thermal spray dapat di anodic atau katodic terhadap sustrat logam dibawahnya. Karena korosi muncul pada anoda, lapisan anodic akan terkorosi pada lingkungan korosif, sedangkan katoda tidak. Sistem pelapisan anti korosi umumnya dirancang sehingga material pelapis anodic terhdap logam substrat. Pelapis anodic akan terkorosi atau dikorbankan untuk melindungi substrat. Pada beberapa kasus, ketahanan korosi dari material pelapis itu sendiri sangat penting. Pada penggunaan temperatur tinggi dan untuk penggunaan dengan bahan kimia, lapisan thermal spray harus sangat tahan korosi.

3.      Perekatan (adhesi)

Pelapisan thermal spray mempunyai adhesi yang sangat tinggi. Pelapisan khusus, untuk ketahanan aus, yang dilakukan dengan proses thermal spray dengan kecepatan partikel sangat tinggi dapat memiliki adhesi regang (tensile adhesion) lebih besar daripada 34.000kPa (5000 psi) sebagaimana diukur oleh ASTM C633‚ ‘‘Standart Test Method for Adhesion or Cohesive Strength of Flame-Sprayed Coatings’’

3.2 Saran

Dalam pembuatan makalah ini masih sangat jauh dari kata sempurna karena referensi dari berbegai sumber masih sangat minim. Semoga penyajian selanjutnya dapat lebih baik dari ini dan penulis akan lebih senang hati apabila menerima masukan dari pembaca.  

Korosi

KOROSI

1.       Pengertian Korosi

            Korosi atau perkaratan berasal dari bahasa latin ”Corrodere” yang berarti perusakan logam. Adapun definisi korosi sebagai berikut.

-          Korosi adalah proses degradasi atau deteorisasi perusakan material yang terjadi disebabkan oleh pengaruh lingkungan sekelilingnya.

-          Korosi adalah perusakan material tanpa perusakan mekanis.

-          Korosi adalah proses elektrokimia dalam mencapai kesetimbangan thermodinamika suatu sistem. Jadi korosi adalah merupakan sistem termodinamika logam dengan lingkungan (air, udara, tanah), yang berusaha mencapai kesetimbangan . sistem ini dikategorikan setimbang bila logam telah membentuk oksidasi atau senyawa kimia lain yang lebih stabil (berenergi lebih rendah).

-          Korosi adalah reaksi antara logam dengan lingkungannya.

Korosi adalah suatu penyakit dalam dunia teknik, walaupun secara langsung bukan merupakan produk teknik. Adanya studi tentang korosi adalah usaha untuk mencegah dan mengendalikan kerusakan supaya serangannya serendah mungkin dan dapat melampaui nilai ekonomisnya, atau umur tahannya material lebih lama untuk bisa dimanfaatkan. Caranya dengan usaha prefentif atau pencegahan dini untuk menghambat korosi. Dan hal ini lebih baik dari pada harus mengeluarkan biaya perbaikan yang tidak sedikit akibat serangan korosi.

Secara kimiawi korosi adalah reaksi pelarutan (dissolution) logam menjadi ion pada permukaan logam yang berinteraksi dengan lingkungan yang dapat bersifat asam atau basa melalui reaksi elektrokimia. Logam tersebut memiliki ion negatif dan ion positif, yang apabila berhubungan dengan udara maka akan membentuk senyawa baru. Hal ini dikarenakan  udara mengandung bermacam-macam unsur salah satunya hidrogen sebagai oksidator, karenanya korosi ini juga dapat disebut atmospheric corrosion (Graedel dan Leygraf, 2001).

2.      Jenis-jenis Korosi

Adapun beberapa jenis korosi yang umum terjadi pada logam sebagai berikut.

1.      Korosi Galvanis (Bemetal Corrosion)

Disebut juga korosi dwilogam yang merupakan perkaratan elektrokimiawi apabila dua macam metal yang berbeda potensial dihubungkan langsung di dalam elektrolit yang sama. Elektron akan mengalir dari metal yang kurang mulia (anodik) menuju ke metal yang lebih mulia (katodik). Akibatnya metal yang kurang mulia berubah menjadi ion-ion positif karena kehilangan elektron. Ion-ion positif metal bereaksi dengan ion-ion negatif yang berada di dalam elektrolit menjadi garam metal. Karena peristiwa ini, permukaan anoda kehilangan metal sehingga terbentuk sumur-sumur karat atau jika merata akan terbentuk karat permukaan.

2.      Korosi Sumuran (Pitting Corrosion)

Adalah korosi yang terjadi karena komposisi logam yang tidak homogen dan ini menyebabkan korosi yang dalam pada berbagai tempat. Dapat juga adanya kontak antara logam yang berlainan dan logam yang kurang mulia, maka pada daerah batas akan timbul korosi berbentuk sumuran.

3.      Korosi Erosi (Errosion Corrosion)

Logam yang sebelumnya telah terkena erosi akibat terjadinya keausan dan menimbulkan bagian-bagian yang tajam dan kasar. Bagian-bagian inilah yang mudah terserang korosi dan apabila terdapat gesekan maka akan menimbulkan abrasi yang lebih berat.

4.      Korosi Regangan (Stress Corrosion)

Gaya-gaya seperti tarikan (tensile) atau kompresi (compressive) berpengaruh sangat kecil pada proses pengkaratan. Adanya kombinasi antara regangan tarik (tensile stress) dan lingkungan yang korosif, maka akan terjadi kegagalan material berupa retakan yang disebut retak karat regangan.

5.      Korosi Celah (Crevice Corrosion)

Korosi yang terjadi pada logam yang berdempetan dengan logam lain atau non logam dan diantaranya terdapat celah yang dapat menahan kotoran dan air sebagai sumber terjadinya korosi. Konsentrasi oksigen pada mulut lebih kaya dibandingkan pada bagian dalam, sehingga bagian dalam lebih anodik dan bagian mulut menjadi katodik. Maka terjadi aliran arus dari dalam menuju mulut logam yang menimbulkan korosi.

Atau juga perbedaan konsenrasi zat asam. Dimana celah sempit yang terisi elektrolit (pH rendah) akan terbentuk sel korosi, dengan katodanya permukaan sebelah luar celah yang basah dengan air yang lebih banyak mengandung zat asam dari pada daerah dalam yang besifat anodik. Maka dari sinilah terjadinya korosi dengan adanya katoda dan anoda.

6.      Korosi Kavitasi (Cavitation Corrosion)

Terjadi karena tingginya kecepatan cairan menciptakan daerah-daerah bertekanan tinggi dan rendah secara berulang-ulang pada permukaan peralatan dimana cairan tersebut mengalir. Maka terjadilah gelembung-gelembung uap air pada permukaan tersebut, yang apabila pecah kembali menjadi cairan akan menimbulkan pukulan pada permukaan yang cukup besar untuk memecahkan film oksida pelindung permukaan. Akibatnya bagian permukaan yang tidak terlindungi terserang korosi. Karena bagian tersebut menjadi anodik terhadap bagian yang terlindungi.

Karena terjadinya korosi pada bagian tersebut, maka akan kehilangan massa dan menjadi takik. Takik-takik tersebut akan bertambah dalam karena permukaan di dalam takik tidak sempat membentuk film pelindung karena kecepatan cairan yang tinggi dan proses kavitasi akan berlangsung secara berulang-ulang.

7.      Korosi Lelah (Fatigue Corrosion)

Bila logam mendapat beban siklus yang berulang-ulang, tetapi masih dibawah batas kekuatan luluhnya. Maka setelah sekian lama akan patah karena terjadinya kelelahan logam. Kelelahan dapat dipercepat dengan adanya serangan korosi. Kombinasi antara kelelahan dan korosi yang mengakibatkan kegagalan disebut korosi lelah. Korosi lelah terjadi di daerah yang menderita beban, lasan dan lainnya.

8.      Korosi Antar Kristal

Terjadinya korosi hanya pada batas kristal, akibat dari serangan elektrolit. Karena tegangan pada kristal adalah paling tinggi. Dan terjadinya karbida pada batas butir yang dapat mengakibatkan korosi ini.

9.      Penggetasan Hidrogen

a.      Hydrogen Embrittlement

Penggetasan hidrogen adalah suatu proses hilangnya duktilasi baja dengan terserapnya hidrogen ke dalam struktur material baja. Kekuatan tarik tidak terpengaruh secara nyata. Duktilasi ini dapat dikembalikan melalui perlakuan panas. Kerusakan hidrogen menggambarkan pelemahan baja secara permanen karena berkembangnya retak-retak mikro (microfissures). Retak yang disebabkan oleh kerusakan hidrogen biasanya terjadi di sepanjang batas butir, karenanya berbeda dengan retak dingin akibat kemasukan hidrogen yang biasanya bersifat transgranular. Di dalam material baja, atom-atom hidrogen ini bergabung menjadi molekul (H­_2­­) dan menyebabkan terjadinya regangan lokal yang hebat. Jika baja cukup duktil maka kemungkinan dapat bertahan terhadap regangan lokal ini. Namun jika baja getas dan keras, maka akan terjadi retak-retak halus, yang kemudian menjadi besar dan mengakibatkan kegagalan material.

b.      Hydrogen Damage

Kerusakan hidrogen di dalam material baja terjadi akibat atom-atom hidrogen ini bergabung menjadi molekul (H­_2­­) dan menyebabkan terjadinya regangan lokal. Jika kemudian gas H₂ terperangkap di dalam cacat material seperti inklusi dan laminasi, maka gas hidrogen lama-kelamaan berkumpul dan menaikkan tekanan di lokasi tersebut. Karena besarnya tekanan menyebabkan gelembung atau blister. Hal ini tidak terjadi pada suhu yang tidak terlalu tinggi dan pada daerah yang dekat dengan permukaan.

3 Faktor Penyebab Terjadinya Korosi

Faktro penyebab terjadinya korosi dapat dibagi menjadi 3 bagian yaitu sifat dari material, faktor lingkungan dan adanya reaksi

3.1 Sifat material

1.      Pengaruh susunan kimia material

Semua logam termasuk baja tahan karat, alumunium, dan sebagainya cenderung akan akan mengalami pengkaratan oleh media korosif.

2.      Pengaruh struktur kristal

Kurangnya homogenitas struktur dapat emnimbulkan efek-efek galvanis mikro pada material yang menyebabkan pengkaratan. Perbedaan potensial akan mneyebabkan terjadinya aliran elektron bila baja dimasukkan kedalam larutan elektrolit. Pada material yang mengalami deformasi akan lebih mudah terjadi korosi, karena butiran dalam material mengalami perubahan bentuk dan susunanya.

3.      Pengaruh beda potensialbila dua logam mempunyai beda potensial tidak sama digabungkan dan dimasukkan dalam larutan elektrolit maka akan terjadi pengkaratan.

4.      Pengaruh bentuk permukaan material

Permukaan logamm yang mempunyai bentuk sendiri akan menyebabkan terjadinya korosi. Adanya kotoran pada permukaan material akan menyebabkan korosi karena terperangkapnya oksigenn dalam material.

3.2 Lingkungan Korosi

Adapun beberapa pengaruh lingkungan korosi secara umum sebagai berikut.

1 Lingkungan Air

Air atau uap air dalam jumlah sedikit atau banyak akan mempengaruhi tingkat korosi pada logam. Reaksinya bukan hanya antara logam dengan oksigen saja, tetapi juga dengan uap air yang menjadi reaksi elektrokimia. Karena air berfungsi sebagai:

-          Pereaksi. Misalnya pada besi akan berwarna cokelat karena terjadinya besi hidroksida.

-          Pelarut. Produk-produk korosi akan larut dalam air seperti besi klorida atau besi sulfat.

-          Katalisator. Besi akan cepat bereaksi dengan O₂ dari udara sekitar bila ada uap air.

-          Elektrolit lemah. Sebagai penghantar arus yang lemah atau kecil.

Mekanisme reaksi uap air di udara dengan logam sebagai berikut (Sumber: Supardi, 1997:72).

4H₂O                                         4H⁺ + 4OH^-

4H⁺ + O₂                                          2H₂O

Fe                                              Fe²⁺ + 2e

2Fe + 4H⁺                                  2Fe²⁺ + 4H⁺

2Fe²⁺ + 4OH^2-                            2Fe(OH)₂

2Fe(OH)₂ + H₂ + ¹/₂ O₂                2Fe(OH)₃

4Fe + 6H₂O + 3O_{2 ­}                        4Fe(OH)₃

Proses reaksi uap air terjadi seperti pada gambar 1 di bawah ini

 

                                                                                                

                                                                                                                  

Gambar 1. Sel Karat Logam di dalam Titik Embun

Korosi pada lingkungan air bergantung pada pH,  kadar oksigen dan temperatur. Misalnya pada baja tahan karat pada suhu 300-500^oC bisa bertahan dari karat. Namun pada suhu yang lebih tinggi 600-650^oC baja tahan karat akan terserang korosi dengan cepat. Demikian juga dengan penambahan kadar O₂ dalam air maka akan mempercepat laju korosi pada logam. Pengaruh kondisi lingkungan yang berubah-ubah sangat mempengaruhi laju korosi. Seperti faktor-faktor berikut.

2.pH

Menurut penelitian Whitman dan Russel ternyata pH dari suatu elektrolit sangat mempengaruhi pada proses terjadinya korosi pada besi. Pengaturan pH dilakukan dengan pembubuhan KOH pada air yang pH 6-14 dan pembubuhan  asam  pada 7-0. Seperti terlihat pada gambar 2.

Gambar 2.

3.      Kadar Oksigen

Oksigen hampir ada dimana-mana, karena potensial redoks sangat tinggi maka oksigen dalam proses korosi akan terlebih dahulu akan direduksi oleh H⁺.

Potensial redoks reaksi: O₂ + H₂O + 4e            4OH^- , E=1,23 V.

Kelarutan O₂ dalam larutan harus dikurangi oleh garam yang terlarut dalam larutan dan kelarutannya bergantung pada logam yang tercelup dan luasan permukaan logam tercelup serta temperaturnya. Lihat gambar 3 di bawah ini.

Gambar 3. Kelarutan O₂

Adapun macam-macam air seperti air suling merupakan air yang paling bersih dan bebas dari kation dan anion serta terisolir dari udara dan bebas mikroba. Adapun air hujan atau salju merupakan proses sulingan alam, namun demikian air ini masih mengandung CO₂ dari udara yang dapat membentuk senyawa H₂CO₃ dan akan bersifat asam menyebabkan korosif pada baja. Untuk air permukaan komposisi zat terlarut bergantung pada tanah yang ditempati atau tergenang. Tetapi pada umumnya zat yang terlarut lebih rendah dari pada air laut. Biasanya air permukaan mengandung Ca²⁺, Mg²⁺, NH₄⁺, Cl^-, dan SO^-₄ yang agresifitasnya lebih rendah daripada air laut.

Korosi oleh air bersih pada logam yang tidak mulia akan terbentuk reaksi sebagai berikut: L + 2H₂O                                                       L(OH)₂ + H₂

Sedangkan untuk air bersih dan adanya O₂, akan ada proses oksidasi dari udara sekitarnya. Hal ini biasanya terjadi pada air dekat permukaan.

Reaksinya: 2L + 3H₂O + ³/₂O₂                     2L(OH)₃

3.1  Lingkungan Udara

Temperatur, kelembaban relatif, partikel-partikel abrasif dan ion-ion agresif yang terkandung dalam udara sekitar, sangat mempengaruhi laju korosi. Dalam udara yang murni, baja tahan karat akan sangat tahan terhadap korosi. Namun apabila udara mulai tercemari maka serangan korosi dapat mudah terjadi. Salah satu polusi udara yang menimbulkan karosi adalah NOX dari pabrik asam nitrat, SO₂ dari hasil pembakaran bahan bakar fosil, Cl₂ dari pabrik soda dan NaCl dari air laut.

3.3    Lingkungan Asam, Basa dan Garam

Pada lingkungan air laut, dengan konsentrasi garam NaCl atau jenis garam-garam yang lain seperti KCl akan menyebabkan laju korosi logam cepat. Sama halnya dengan kecepatan alir dari air laut yang sebanding dengan peningkatan laju korosi, akibat adanya gesekan, tegangan dan temperatur yang mendukung terjadinya korosi.

Pada larutan basa seperti NaOH (caustic soda), baja karbon akan tahan terhadap serangan korosi pada media ini dengan suhu larutan 75 ^oF (24 ^oC) dan konsentrasi 45% berat. Pada larutan asam seperti asam kromat (CrO₃), dengan konsentrasi asam kromat 10% pada suhu 60^oC, tidak akan menyerang baja tahan karat. Dan tingkat korosi akan naik sebanding dengan temperatur dan konsentrasi yang juga meningkat.

Sedangkan pada larutan asam seperti H₂SO₄, proses terjadinya perkaratan pada permukaan baja yang terbuka keseluruhannya terhadap hujan lebih baik dari pada sebagian saja terkena hujan atau sebagian terlindungi. Mekanismenya sebagai berikut.

Fe_­H₂SO₄  +  ¹/₂O₂                      FeSO₄ ¹/₄O₂ + ¹/₂ H₂SO₄  ¹/₂Fe₂(SO₄)

¹/₂Fe₂(SO₄) ¹/₂H₂O                     ¹/₂Fe₂O₃ + ³/₂ H₂SO₄ 

(Sumber: Widharto,1999:5)

Senyawa kromat mampu sebagai pemasif yang efektif terhadap laju korosi pada logam. Dalam kenyataannya dapat tereduksi menjadi Cr₂O₃ yang membentuk serpih  yang berwarna hijau kecoklatan. Cr₂O₃ banyak digunakan sebagai abrasi pada pemolesan karena Cr₂O₃ keras, tajam sehingga mampu mengikis atau mengasah logam menjadi mengkilap.

Penggunaan larutan garam natrium kromat atau sodium kromat (Na₂CrO₄) dengan kadar tertentu mampu menghambat laju korosi. karena natrium kromat sebagai inhibitor kimia, yaitu suatu zat kimia yang dapat menghambat atau memperlambat suatu reaksi kimia. Secara khusus, inhibitor korosi merupakan suatu zat kimia yang bila ditambahkan ke dalam suatu lingkungan tertentu, dapat menurunkan laju penyerangan lingkungan itu terhadap suatu logam.

Selain itu, fungsi dari inhibitor adalah mampu memperpanjang umur pakai logam, melindungi dan memperindah permukaan logam, lebih mengkilap dan terang dengan warna tertentu yang dihasilkan sesuai inhibitornya.

Penggunaannya sebagai berikut:

-              Na₂CrO₄ dengan konsentrasi 50 ppm digunakan pada pipa baja.

-              2,3 gr/l Na₂CrO₄ untuk sambungan galvanik Cu-Zn-Fe.

-              2,4 gr/l Na₂CrO₄ untuk sambungan galvanik Fe-Al.

-              0,1% Na₂CrO₄ digunakan untuk penghambat laju korosi logam Fe, Cu, Zn dalam sistem air pendingin (water cooling) dan pada larutan garam (Brines).

-              0,1% - 1% Na₂CrO₄ digunakan untuk penghambat laju korosi (inhibisi) logam Fe, Pb, Cu, Zn dalam sistem mesin pendingin (engine coolants).

Terdapat berbagai macam media korosi dan faktor-faktor yang mempengaruhi laju korosi, seperti yang terlihat pada gambar 4 di bawah ini (Sumber: Widharto S, 1999:2).

Gambar 4. Berbagai Media Korosi dan Faktor-faktor yang Mempengaruhinya

4. Perhitungan Laju Korosi

            Logam baja karbon dicelupkan pada lingkungan yang telah dipersiapkan sebelumnya. Volume lingkungan yang digunakan mengikuti rasio minimum volume larutan terhadap luas permukaan benda uji adalah 20 ml/cm², sesuai dengan ASTM G31-72 (Reapproved 1990) “Standard Practice for Laboratory Immersion Corrosion Testing of Metals”.

Untuk perhitungan laju korosi dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut:

Laju korosi     =      (mpy)

Dimana :

mpy = laju korosi, (mils/year)

W = berat yang hilang, (gr)

A = luas, (cm²)

T = waktu, (jam)

D = density, (gr/cm³)

(Sumber: Annual Book Of ASTM Standart)

Efisiensi Inhibitor dihitung berdasarkan rumus empiris di bawah ini:

                                                    

            Dimana:

                      E  = Efisiensi Inhibitor (%)

                      R₀ = Laju korosi tanpa adanya inhibitor (mpy)

                      Ri = Laju korosi dengan adanya inhibitor (mpy)

5. Inhibitor

            Inhibitor adalah suatu zat kimia yang apabila ditambahkan atau dimasukkan dalam jumlah sedikit ke dalam suatu zat koroden (lingkungan yang korosif), dapat  secara efektif memperlambat atau mengurangi laju korosi. Selain itu, fungsinya mampu memperpanjang umur pakai logam, melindungi dan memperindah permukaan logam, lebih mengkilap dan terang dengan warna tertentu yang dihasilkan sesuai inhibitornya.

Terdapat beberapa jenis inhibitor sebagai berikut.

1.      Passivating Inhibitor

Inhibitor pemasif adalah yang paling efektif dari seluruh inhibitor yang ada. Karena dapat melumpuhkan korosi hampir secara menyeluruh. Namun jenis inhibitor ini sangat berbahaya karena pada kondisi tertentu justru akan mempercepat laju korosi. Terdapat dua jenis inhibitor pemasif, yaitu anion yang mengoksidasi seperti kromat, nitrat, nitrit yang dapat memasifkan baja jika tidak terdapat oksigen dan yang kedua adalah ion yang tidak mengoksidasi seperti tungsten, fosfat dan molibdat yang memerlukan keberadaan oksigen untuk memasifkan baja.

2.      Cathodic Inhibitor

Perlambatan laju korosi dengan mempolarisasi reaksi katodik. Terdapat tiga kategori utama tentang inhibitor yang mempengaruhi reaksi katodik adalah racun katoda, endapan katoda dan pemulung.

a)      Racun katoda

Adalah suatu zat yang mengganggu reaksi, misalnya pembentukan atau hidrogen menjadi gas hidrogen pada permukaan metal yang terkorosi. Laju reaksi katoda diperlambat dan karena reaksi katodik dan anodik harus berlanjut pada laju yang sama, seluruh proses korosi menjadi lambat pula. Beberapa racun katoda seperti sulfida dan selenida teradsorpsi pada permukaan metal. Senyawa lain seperti arsenik, bismut, antimon teredusir pada katoda untuk mengendap menjadi lapisan dari metal-metal tersebut. Arsenat dipergunakan untuk melemahkan atau melambatkan laju korosi pada asam kuat.

Terdapat suatu hal yang merugikan penggunaan racun katoda adalah zat tersebut menyebabkan blister atau gelembung pada baja dan meningkatkan kepekaan baja terhadap kerapuhan hidrogen. Karena proses pengkombinasian kembali atom-atom hidrogen diperlambat, konsentrasi permukaan meningkat dan karenanya sejumlah besar hidrogen yang dihasilkan pada proses korosi diabsorp oleh baja. Untuk menaikkan tingkat penetrasi hidrogen ke dalam baja hanya diperlukan sejumlah kecil sulfida atau arsenik, sebagai faktor penentu seringnya terjadi kasus kerusakan dan kegetasan hidrogen akibat pengaruh racun tersebut.

b)      Endapan katoda

Inhibitor tipe endapan katoda yang paling banyak dipakai adalah senyawa karbonat dengan kalsium dan magnesium. Hal ini disebabkan proses persenyawaan ini terjadi dalam air alami dan inhibitasi dengan senyawa ini biasanya hanya diperlukan pengaturan pH saja. Pada tingkat pH yang tepat, endapan berupa lapisan halus dan relatif keras yang mirip dengan kulit telur. Dengan terbentuknya lapisan tersebut, pH air harus dijaga pada posisi setimbang. Sebab jika kondisinya menjadi asam (acidid), endapan yang keras tadi akan mencair kembali. Keadaan di mana pH menciptakan lapisan keras disebut Langelier index.

c)      Pemulung  oksigen (oxygen scavenger)

Korosi pada baja dalam air dengan pH di atas 6 biasanya disebabkan oleh adanya zat asam yang larut dalam air tersebut yang mendepolarisasi reaksi katoda. Air netral mengandung sedikit garam yang berequilibrium dengan udara pada 21^oC akan mengandung sekitar 8 ppm zat asam yang larut dalam air. Konsentrasi zat asam ini akan menurun dengan naiknya konsentrasi garam dan naiknya suhu. Sedangkan untuk kenaikan laju korosi yang serius pada sistem yang dinamis hanya diperlukan penambahan 0,1 ppm zat asam larut.

Dalam suatu sistem yang statis diperlukan penambahan oksigen yang lebih banyak untuk menaikkan laju korosi yang cukup besar. Karena reaksi korosi akan menghabiskan pasokan oksigen di sekitar metal. Zat pemulung atau pemungut zat asam dimasukkan ke dalam air, baik sendiri maupun bersamaan dengan zat penghambat korosi untuk menekan laju korosi logam. Zat penghambat karat organik mampu menghambat laju korosi pada air asin yang mengandung oksigen, namun tidak selalu mencegah terjadinya pitting.

Zat pemulung oksigen yang umum dipakai di dalam air pada suhu ambient (lingkungan) adalah sodium sulfit dan sulfur dioksida.

3.      Organic inhibitor

Senyawa organik banyak yang bersifat menghambat laju korosi yang tidak dapat digolongkan sebagai bersifat anodik atau katodik. Secara umum dapat dikatakan bahwa zat ini mempengaruhi seluruh permukaan metal yang sedang terkorosi apabila diberikan dalam konsentrasi secukupnya. Kemungkinan kedua daerah katodik dan anodik dihambat, namun dalam tingkat yang berbeda bergantung pada potensial metal, susunan kimiawi dari molekul zat inhibitor dan ukuran molekulnya.

Kenaikan tingkat perlambatan pada proses korosi selaras dengan kenaikan konsentrasi inhibitor. Hal ini memberikan gambaran bahwa proses perlambatan laju korosi (inhibition) pada hakikatnya adalah hasil absorpsi zat tersebut pada permukaan metal. Lapisan film yang terbentuk oleh proses absorpsi dari zat inhibitor organik yang larut hanya beberapa molekul saja tebalnya sehingga tidak tampak oleh pandangan mata. Inhibitor kationik seperti amine atau inhibitor anionik seperti sulfonat diserap ke dalam larutan secara cepat atau lambat bergantung muatan metal apakah negatif atau positif. Potensial antara dimana tidak diperlukan baik molekul kationik ataupun anionik disebut titik nol atau ZPC (zero point of charge).

Pada amine organik akan lebih efisien sebagai unsur penghambat korosi, apabila terdapat ion halogen. Ion halogen sendiri bersifat menghambat korosi hingga tingkat tertentu pada larutan asam. Ion-ion lain seperti iodida, bronida, klorida, dan ion fluorida yang menghambat laju korosi pada pada baja di dalam asam belerang (sulfuric acid).

4.      Precipitate inducing inhibitor

Inhibitor penyebab pengendapan adalah sejenis senyawa pembentuk film yang menutupi keseluruh permukaan metal sehingga secara tidak langsung mengganggu daerah katoda dan anoda sekaligus. Jenis yang paling utama adalah silikat dan fosfat. Dalam air yang hampir netral yang mengandung sedikit konsentrasi silikat, fosfat dan klorida menyebabkan pasifasi pada baja akibat terdapat kandungan oksigen pada air tersebut. Sehingga unsur-unsur tersebut bersifat inhibitor anodik. Apabila jumlah fosfat atau silikat yang ditambahkan dalam air yang asin sedikit, maka akan timbul korosi sumuran.

Namun demikian baik silikat atau fosfat akan membentuk lapisan endapan dipermukaan baja yang meningkatkan polarisasi katodik, sehingga sifat tersebut dikatakan mixed (kombinasi pengaruh anodik dan katodik). Zat silikat sering digunakan di dalam air dengan salinitas rendah yang mengandung oksigen larut. Zat ini mampu menghambat korosi pada permukaan baja yang telah terkorosi atau berkerak. Sedangkan jumlah silikat untuk melindungi, bergantung pada tingkat salinitas air.

5.      Vapor phase inhibitor

Inhibitor bentuk uap adalah senyawa yang dialirkan dalam sistem tertutup ke bagian yang terkorosi dengan penguapan dari asalnya. Di dalam ketel uap, dasar senyawa yang mudah menguap (volatil) seperti morpholine atau ethyline diamine dicampur dengan uap air untuk mencegah korosi di dalam tube kondenser dengan menetralisir karbon dioksida yang bersifat asam. Senyawa ini menghambat korosi dengan menciptakan suasana alkalin. Zat padat volatil seperti garam nitrit, karbonat, benzoat dari dicyclohexylamine, cyclohexylamine dan hexylamethylene-amine yang dipergunakan sebagai penghambat laju korosi. Proses terjadinya adalah sewaktu menyinggung permukaan metal, uap inhibitor mengembun (kondensasi) dan dihidrolisa oleh kelembaban yang ada untuk membebaskan ion-ion nitrit, benzoat atau bikarbonat. Karena keberadaan oksigen, ion-ion ini mampu membuat pasif baja sebagaimana pada kondisi normal dalam air.

6.      Beberapa Masalah dalam Penggunaan Inhibitor

Adapun masalah-masalah yang akan timbul dalam penggunanan inhibitor sebagai penghambat laju korosi sebagai berikut.

1.      Pembuihan (foaming)

Sifat zat inhibitor sebagai sabun (deterjen). Akibat pengaruhnya (organic inhibitor) terhadap permukaan karena fungsinya diserap oleh permukaan tersebut. Foaming terjadi pada peralatan yang mengandung gas dan gerakan agitasi. Untuk mencegah hal tersebut perlu diinjeksikan zat anti foaming atau menggunakan inhibitor secara tepat.

2.      Terjadi Emulsi

Terjadinya emulsi karena terdapatnya fase-fase gas dan cairan yang bercampur atau dua jenis cairan yang bercampur disertai gerakan agitasi. Dalam hal ini inhibitor berlaku sebagai stabilisator emulsi. Untuk mengatasi masalah tersebut ditambahkan zat demulsifier.

3.      Penyumbatan (plugging)

Ada jenis inhibitor tertentu dapat mengakibatkan terkelupasnya lapisan oksida atau kerak yang sudah ada pada permukaaa baja, sehingga kerak tersebut ikut aliran  dan menyumbat pada opening-opening kecil seperti filter, tubing dan lain-lain. Untuk mengatasinya peralatan dibersihkan dahulu permukaannya dari kerak-kerak sebelum diberi inhibitor. Atau melindungi sistem dengan filter untuk menyaring kerak yang terlepas.

4.      Terciptanya masalah korosi baru

Pemberian inhibitor diharapkan mampu menghambat laju korosi suatu metal yang dilindungi. Namun dalam waktu yang bersamaan inhibitor justru mempercepat laju korosi. Misalnya beberapa amine melindungi baja dengan baik, namun akan semakin menyerang metal baja dan kuningan. Untuk itu perlu diperhatikan susunan kimia material dan sifat-sifat inhibitor yang akan dilindungi metal dari korosi.

5.      Masalah Heat Transfer

Adanya endapan fosfat, silikat atau sulfat sebagai zat inhibitor secara berlebihan pada permukaan alat penukar kalori, dapat menimbulkan masalah karena mengurangi pertukaran panas sehingga mengurangi efisiensi alat tersebut. Maka dari itu perlunya pemberian zat tidak berlebihan atau dipertahankan dalam batas minimum.

6.      Pengaruh beracun

Pengaruh beracun harus dipikirkan dari zat inhibitor terhadap panca indra. Maka dalam pemilihan harus sangat hati-hati dan teliti. Serta perlakuan atau pemrosesan yang benar akan mengurangi resiko ini.

7.      Kehilangan inhibitor

Pada proses inhibition tidak akan efektif bila terjadi kehilangan zat sebelum sempat berhubungan dengan permukaan metal atau sebelum terciptanya perubahan yang dikehendaki. Suatu inhibitor akan menghilang karena pengendapan (presipitation), proses absorpsi dan reaksi dengan komponen sistem yang dilindungi atau karena mudah larut atau terlalu lambat pelarutannya. Misalnya proses pengendapan fosfat oleh ion kalsium, reaksi antara kromat dan sulfida, proses adsorpsi zat inhibitor pada butir padat yang mengembang (suspended solid) dan penginjeksian zat inhibitor yang sulit larut tanpa bahan pelarut (dispersing agent).

7.  Pengendalian Korosi

            Korosi tidak mungkin sepenuhnya dapat dicegah karena memang merupakan proses alamiah bahwa semuanya akan kembali ke sifat asalnya. Asalnya dari tanah maka akan kembali ke tanah. Hal ini adalah siklus alam yang akan terus terjadi selama kesetimbangan alam belum tercapai. Namun demikian pengendalian dan pencegahan korosi harus tetap dilakukan secara maksimal, karena dilihat dari segi ekonomi dan dari segi keamanan merupakan hal yang tidak boleh ditinggalkan dan dibiarkan begitu saja.

Pengendalian korosi harus dimulai dari suatu perencanaan, pengumpulan data lingkungan, proses, peralatan dan bahan yang dipakai serta pemeliharaan yang akan diterapkan. Adapun metode-metode yang dilakukan dalam pengendalian korosi sebagai berikut:

1.  Pengubahan lingkungan

2.  Pemilihan bahan

3.  Modifikasi rancangan

4.  Teknik pelapisan

5.  Proteksi anodik dan katodik

·         Korosi Lingkungan Industri

            Korosi dilingkungan industri yang menggunakan bahan kimia seperti pada pembuatan H₂SO₄, HNO, HCl dan sebagainya maka akan sangat korosif sekali. Yang akan terjadi di sini dapat saja sejak mesin dan fasilitas lainya  sehingga seringkali menimbulkan hal yang fatal. Oleh karena itu pengendalian korosi di daerah ini adalah paling pelik

             Tujuan pengendalian korosi  dilingkungan Industri:

1.      Untuk menjaga, stabilitas, kelancaran dan mencapainya tugas dari Industri itu sendiri

2.      Bahwa dengan pengendalian maka nilai ekonomis dari seluruh Industri akan tidak menyusut secara dramatis.

Ø  HF bila tercampur air dan O₂ juga sangat korosif

Ø  SO₂ di atas kelembaban relatif (±70%), akan membentuk SO₃  dan H₂SO₄ sangat koroasif pada logam.

Ø  NH₃ dalam lembab sangat merusak pada paduan tembaga, macam macam yang biasa adalah lingkungan Industri  Cl₂, Br₂, dan J₂ ternyata dalam udara lembab akan sangat korosif.

Pengendalian korosi dilingkungan Industri.

1)      Dipilih/ Dicari bahan logam untuk kontruksi yang paling ekonomis tapi teknis   masih dapat dipertanggungjawabkAN.

2)      Dapat pula memilih bahan non logam seperti plastik keramik beton dan sebagainya. Dengan tidak boleh melupakan kondisi kerjA.

3)      Memberi logam lindung yang tepat atau lapis lindung lainya.

Didalam air terdapat beberapa unsur seperti oksigen terlarut,sodium klorida,kalsium sulfat,kalsium karbonat,dan unsur kimia lainnya.sebagian unsur-unsur yang terdapat didalam air merupakan ion – ion agresif, sehingga kemungkinan besar akan terjadi suatu reaksi. Jika reaksi ini terjadi pada logam, maka reaksi dinamakan korosi.