Analisis Ketahanan Korosi Logam Paduan Extra Super Duralumin03/20/2013   ARTIKEL, INFORMASI TEKNOLOGI, PENELITIAN DAN PENGABDIAN MASYARAKAT   1 Comment

Logam paduan aluminum AlMgZnCu dikenal sebagai Extra Super Duralumin merupakan perpaduan aluminium (Al) sebagai base alloy dengan beberapa unsur seperti Magnesium (Mg), Zinc (Zn) dan Tembaga (Cu). Extra Super Duralumin digunakan juga pada industri pesawat terbang karena ringan serta memiliki kekuatan tertinggi setara baja tegangan tinggi (high tensile steel). Kombinasi antara zinc dan magnesium membuat paduan tersebut dapat dikeraskan dengan perlakuan pemanasan (heat-treatable).Paduan aluminum khususnya Extra Super Duralumin (ESD) merupakan logam ringan yang umum digunakan dalam bidang kontruksi dan transportasi. Sedangkan dalam industri nuklir, paduan aluminium digunakan sebagai bahan komponen struktur dan kelongsong. Penggunaan aluminium didasari pada sifat-sifat yang dimilikinya memenuhi persyaratan sebagai bahan kelongsong seperti sifat neutronik, sifat fisik, sifat termal dan sifat mekanik.

Kelongsong berfungsi sebagai pembungkus bahan bahan bakar nuklir yang harus memiliki kekuatan dan ketahanan yang memadai untuk mengungkung produk fisi. Penggunaan bahan bakar densitas yang relatif tinggi akan meningkatkan burn-up yang tinggi pula lalu akan menghasilkan peningkatan produk fisi. Ketika produk fisi meningkat, tekanan terhadap kelongsong bahan bakar juga meningkat. Berkenaan dengan kondisi ini maka perlu dilakukan desain material paduan aluminium dengan sifat mekanik yang tinggi terutama dalam hal kekuatan, kekerasan dan ketahanannya terhadap serangan korosi.

Umumnya problem korosi disebabkan oleh air tetapi ada beberapa faktor selain air yang mempengaruhi laju korosi diantaranya faktor gas terlarut, faktor pH dan faktor suhu. Oksigen yang terlarut akan menyebabkan korosi pada metal seperti laju korosi pada mild stell alloys akan bertambah dengan meningkatnya kandungan oksigen.

Kelarutan oksigen dalam air merupakan fungsi dari tekanan, temperatur dan kandungan klorida. Untuk tekanan 1 atm dan temperatur kamar, kelarutan oksigen adalah 10 ppm dan kelarutannya akan berkurang dengan bertambahnya temperatur dan konsentrasi garam. Sedangkan kandungan oksigen dalam kandungan minyak/air yang dapat mengahambat timbulnya korosi adalah < 0,05 ppm. Karbondioksida (CO2), jika kardondioksida dilarutkan dalam air maka akan terbentuk asam karbonat (H2CO2) yang dapat menurunkan pH air dan meningkatkan korosifitas. Penambahan suhu umumnya menambah laju korosi walaupun kenyataannya kelarutan oksigen berkurang dengan meningkatnya suhu. Apabila metal mengalami panas pada suhu yang tidak seragam maka akan mengalami korosi. pH < 7 bersifat asam dan korosif, sedangkan untuk pH > 7 bersifat basa juga korosif. Tetapi untuk besi, laju korosi rendah pada pH antara 7 sampai 13. Laju korosi akan meningkat pada pH < 7 dan pada pH > 13.

Paduan Extra super-duralumin atau yang dikenal sebagai AlMgZnCu dibuat dengan memadukan lebih dari 90%W Aluminium bersama Zink sebanyak 5,0-6,0 %W, Magnesium sebanyak 2,0-3,0 %W dan Tembaga sebanyak 1,0-2,0%W. Paduan AlMgZnCu dikenai perlakuan panas pada suhu bervariasi lalu direndam dalam larutan garam dengan tujuan untuk mengetahui pengaruh pemanasan terhadap ketahanan korosi paduan tersebut.

Adanya sejumlah unsur paduan dan pengotor akan meningkatkan kekuatan tegang (tensile strength). Unsur paduan adalah bahan-bahan logam yang sengaja ditambahkan pada Aluminium murni seperti Magnesium (Mg); Seng (Zn) dan Tembaga (Cu) untuk mendapatkan karakteristik tertentu sedangkan unsur pengotor adalah bahan-bahan yang tanpa sengaja ikut terpadu didalamnya antara lain Chromium (Cr); Mangan (Mn); Besi (Fe); Titanium (Ti); Silikon (Si) dan lain lain dalam jumlah relative kecil. Setiap unsur paduan tersebut masing-masing memberikan pengaruh terhadap logam dasar (Aluminium), sehingga logam paduan AlMgZnCu menjadi tahan korosi. Ketahanan Al-Mg-Zn-Cu tergolong sangat baik jika pengikisan permukaan yang dialami relatif lebih kecil/ sedikit. Sebaliknya kualitas material adalah jelek jika mengalami korosi yang lebih besar/ banyak.

Logam AlMgZnCu dibuat dengan memadukan logam Al sebagai base alloy dengan unsur-unsur serbuk Zn, Cu dan Mg melalui metode peleburan. Pemaduan logam memberikan dampak peningkatan sifat paduan terutama sifat mekanik. Proses deformasi dilakukan dengan teknik pemanasan (annealing) untuk meningkatkan kerapatan dislokasi sehingga sifat mekanik AlMgZnCu cenderung meningkat.

Paduan AlMgZnCu dianalisis untuk mengetahui, densitas dan ketahanan korosi akibat perlakuan panas pada variasi suhu 100 C; 250 C; 400 C; dan 550 C. Ingot paduan AlMgZnCu terlebih dahulu ditimbang berat awal kemudian direndam dalam larutan garam Natrium Klorida 15%. Dilakukan penimbangan berikutnya setelah masa perendaman selama masing-masing 100 Jam, 150 Jam dan 200 Jam. Selisih berat awal dengan berat akhir (∆W) diidentifikasi sebagai ratio ketahanan terhadap korosi. Makin rendah ∆W menunjukkan bahwa material makin baik ketahanannya terhadap korosi. Selanjutnya dilakukan

metalografi untuk mengamati tebal lapisan oksida pada AlMgZnCu.

Tofografi oksida layer sebagai efek korosi paduan AlMgZnCu yang dianil pada suhu 400 C dengan perbandingan masa perendaman dalam larutan NaCl 15% (Magnif.50x).Secara umum AlMgZnCu makin lama berada dalam larutan garam akan semakin terkorosi, hal ini nampak pada grafik berdasarkan lama waktu perendaman.Semua AlMgZnCu dengan masa perendaman 200 Jam lebih banyak terkorosi dibandingkan dengan AlMgZnCu yang terendam hanya selama 100 Jam. Ketahanan korosi paling baik adalah untuk paduan

AlMgZnCu yang mengalami pemanasan pada suhu kurang dari 400 C.

Pemanasan logam pada suhu 250 C menyebabkan terbentuknya lapisan oksida (Al2O3) dipermukaan aluminium yang justru akan melindungi dirinya terhadap serangan korosi.Ketika lapisan oksida menjadi semakin rapuh oleh pengaruh pemanasan suhu tinggi maka logam menjadi kurang tahanan terhadap serangan larutan garam dan logam akan terus terkikis sepanjang waktu kontak dengan larutan garam ataupun larutan elektrolit lainnya.Peningkatan unsur-unsur pengotor yang ikut larut bersama logam cair akan menurunkan sifat mekanis material. Penambahan unsur-unsur pengotor Si dan Fe pada hasil tuang cukup dominan. Kemungkinan asal-mula pengotor Si tersebut adalah karena chamber yang digunakan terkontaminasi bahan lainnya.

Sedangkan penambahan unsur pengotor Fe kemungkinan disebabkan oleh adanya difusi unsur-unsur Fe yang berasal dari alat-alat peleburannya, seperti cetakan logam, pengaduk dan plunger karena pelapisannya dengan isomol kurang sempurna.

AlMgZnCu yang mengalami perlakuan panas kurang dari suhu 400 C relatif lebih tahan korosi dibandingkan dengan AlMgZnCu yang mendapat perlakuan panas lebih tinggi.

Korosi

Korosi sangat sering kita dijumpai dalam kehidupan sehari-hari. Nama lain korosi disebut juga dengan karatan. Korosi sendiri umumnya terjadi pada benda-benda logam seperti besi. Korosi adalah reaksi antara logam dengan zat-zat disekitarnya misalnya udara dan air sehingga menimbulkan senyawa baru. Dalam perkaratan senyawa baru yang dimaksud ialah zat padat berwarna coklat kemerahan yang bersifat rapuh serta berpori. Rumus kimia dari karat besi adalah Fe2O3.xH2O.

Penyebab Korosi

Korosi terjadi karena adanya reaksi antara logam dan zat-zat disekitarnya. Pada karatan, karatan bisa terjadi karena udara yang lembab (oksigen dan air) mengorosi (bereaksi) terhadap besi sehingga muncul zat baru yaitu zat padat berwarna coklat kemerahan.

Peristiwa korosi sendiri merupakan proses elektrokimia, yaitu proses (perubahan / reaksi kimia) yang melibatkan adanya aliran listrik. Bagian tertentu dari besi berlaku sebagai kutub negatif (elektroda negatif, anoda), sementara bagian yang lain sebagai kutub positif (elektroda positif, katoda). Elektron mengalir dari anoda ke katoda, sehingga terjadilah peristiwa korosi.

Pencegahan Korosi

Korosi dapat menimbulkan kerugian karena dapat mengurangi umur barang-barang yang terbuat dari besi. Proses korosi memerlukan oksigen dan air oleh sebab itu maka prinsip untuk mencegah terjadinya korosi yaitu dengan menghindari kontak dengan salah satu oksigen atau air.

Berikut ini beberapa cara yang dapat dilakukan untuk mencegah/memperlambat korosi : Mengecat

Cat dapat menghindarkan kontak langsung antara besi dan udara lembab sehingga dapat memperlambat korosi. Cara ini biasa dilakukan pada pintu, pagar, pipa besi, dan lain-lain.

Melumuri dengan oliMelumuri dengan oli dapat mencegah kontak langsung dengan air dan uadara lembab. Cara ini biasa dilakukan pada perkakas dan mesin.

Dibalut dengan plastikCara ini biasa digunakan misalnya pada rak piring dan keranjang sepeda.

Tin PlatingTin plating ialah pelapisan dengan timah. Cara ini dilakukan biasanya pada kaleng kemasan karena timah merupakan logam yang anti karat.

GalvanisaiGalvanisasi adalah pelapisan dengan zink. Cara ini dilakukan karena zink juga merupakan logam anti karat. Contohnya pada : tiang listrik atau tiang telepon, papa air, dan pagar.

Cromium PlatingCromium Plating adalah pelapisan dengan menggunakan kromium. Sama seperti zink, kromium dapat memberikan perlindungan terhadap korosi meskipun lapisan kromium ada yang rusak. Cara ini biasa dilakukan pada sepeda dan bumper mobil.

PENGERTIAN KOROSI

A. Pengertian KorosiKorosi adalah reaksi redoks antara suatu logam dengan berbagai zat di lingkungannya yang menghasilkan senyawa-senyawa yang tak dikehendaki. Dalam bahasa sehari-hari, korosi disebut perkaratan. Contoh korosi yang paling lazim adalah perkaratan besi.Padaperistiwa korosi, logam mengalami oksidasi, sedangkan oksigen (udara) mengalami reduksi. Karat logam umumnya adalah berupa oksida dan karbonat. Rumus kimia karat besi adalah Fe2O3. xH2O, suatu zat padat yang berwarna coklat-merah.Korosi merupakan proses elektrokimia. Pada korosi besi, bagian tertentu dari besi itu berlaku sebagai anode, di mana besi mengalami oksidasi.Fe(s) ↔ Fe2+(aq) + 2e Eº = +0.44 VElektron yang dibebaskan di anode mengalir ke bagian lain besi itu yang bertindak sebagai katode, di mana oksigen tereduksi.O2(g) + 2H2O(l) + 4e ↔ 4OH-(aq) Eº = +0.40 Vatau O2(g) + 4H+(aq) + 4e ↔ 2H2O(l) Eº = +1.23 VIon besi(II) yang terbentuk pada anode selanjutnya teroksidasi membentuk ion besi(III) yang kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi, Fe2O3. xH2O, yaitu karat besi. Mengenai bagian mana dari besi itu yang bertindak sebagai anode dan bagian mana yang bertindak sebagai katode, bergantung pada berbagai faktor, misalnya zat pengotor, atau perbedaan rapatan logam itu.B. Faktor-faktor yang menyebabkan korosi besiKorosi besi memerlukan oksigen dan air.C. Pengaruh logam lain terhadap korosi besiDari kehidupan sehari-hari kita ketahui bahwa besi yang dilapisi dengan zink “tahan karat”, sedangkan besi yang kontak dengan tembaga berkarat lebih cepat.

D. Cara-cara Pencegahan Korosi BesiBesi adalah logam yang paling banyak dan paling beragam penggunaannya. Hal ini terjadi karena

beberapa hal, diantaranya:a.     Kelimpahan besi di kulit bumi cukup besarb.     Pengolahan relatif mudah dan murahc.     Besi mempunyai sifat-sifat yang menguntungkan dan mudah dimodifikasi.Salah satu kelemahan besi adalah mudah mengalami korosi. Korosi menimbulkan banyak kerugian karena mengurangi umur pakai berbagai barang atau bangunan yang menggunakan besi atau baja. Sebenarnya korosi dapat dicegah dengan mengubah besi menjadi baja tahan karat (stainless steel), akan tetapi proses ini terlalu mahal untuk kebanyakan penggunaan besi.

Cara-cara pencegahan korosi besi, yaitu :a.    Pengecetan. Jembatan, pagar dan railing biasanya dicat. Cat menghindarkan kontak dengan udara dan air. Cat yang mengandung timbel dan zink (seng) akan lebih baik, karena keduanya melindungi besi terhadap korosi.b.    Pelumuran dengan Oli atau Gemuk. Cara ini diterapkan untuk berbagai perkakas dan mesin. Oli dan gemuk mencegah kontak dengan air.]c.    Pembalutan dengan Plastik. Berbagai macam barang, misalnya rak piring dan keranjang sepeda dibalut dengan plastik. Plastik mencegah kontak dengan udara dan air.d.    Tin Plating (pelapisan dengan timah). Kaleng-kaleng kemasan terbuat dari besi yang dilapisi dengan timah. Pelapisan dilakukan secara elektrolisis, yang disebut tin plating. Timah tergolong logam yang tahan karat. Akan tetapi, lapisan timah hanya melindungi besi selama lapisan itu utuh (tanpa cacat). Apabila lapisan timah ada yang rusak, misalnya tergores, maka timah justru mendorong/mempercepat korosi besi. Hal itu terjadi karena potensial reduksi besi lebih negatif daripada timah (Eº Fe = -0,44 volt; Eº Sn = -0,44 volt). Oleh karena itu, besi yang dilapisi dengan timah akan membentuk suatu sel elektrokimia dengan besi sebagai anode. Dengan demikian, timah mendorong korosi besi. Akan tetapi hal ini justru yang diharapkan, sehingga kaleng-kaleng bekas cepat hancur.e.    Galvanisasi (pelapisan dengan zink). Pipa besi, tiang telpon dan berbagai barang lain dilapisi dengan zink. Berbeda dengan timah, zink dapat melindungi besi dari korosi sekalipun lapisannya tidak utuh. Hal ini terjadi karena suatu mekanisme yang disebut perlindungan katode. Oleh karena potensial reduksi besi lebih positif daripada zink, maka besi yang kontak dengan zink akan membentuk sel elektrokimia dengan besi sebagai katode. Dengan demikian besi terlindungi dan zink yang mengalami oksidasi. Badan mobil-mobil baru pada umumnya telah digalvanisasi, sehingga tahan karat.f.    Chromium Plating (pelapisan dengan kromium). Besi atau baja juga dapat dilapisi dengan kromium untuk memberi lapisan pelindung yang mengkilap, misalnya untuk bumper mobil. Chromium plating juga dilakukan dengan elektrolisis. Sama seperti zink, kromium dapat memberi perlindungan sekalipun lapisan kromium itu ada yang rusak.g.    Sacrificial Protection (pengorbanan anode). Magnesium adalah logam yang jauh lebih aktif (berarti lebih mudah berkarat) daripada besi. Jika logam magnesium itu akan berkarat tetapi besi tidak. Cara ini digunakan untuk melindungi pipa baja yang ditanam dalam tanah atau badan kapal laut. Secara periodik, batang magnesium harus diganti.

E. Korosi aluminiumAluminium, zink, dan juga kromium, merupakan logam yang lebih aktif daripada besi. Jika demikian, mengapa logam-logam ini lebih awet? Sebenarnya, aluminium berkarat dengan cepat membentuk oksida aluminium (Al2O3). Akan tetapi, perkaratan segera terhenti setelah lapisan tipis oksida terbentuk. Lapisan itu melekat kuat pada permukaan logam, sehingga melindungi logam di bawahnya terhadap perkaratan berlanjut.Lapisan oksida pada permukaan aluminium dapat dibuat lebih tebal melalui elektrolisis, proses yang disebut anodizing. Aluminium yang telah mengalami anodizing digunakan untuk membuat panci dan berbagai perkakas dapur, bingkai, kerangka bangunan (panel dinding), serta kusen pintu dan jendela. Lapisan oksida aluminium lebih mudah dicat dan member warna yang lebih terang.

DAFTAR PUSTAKA

Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi redoks antara suatu logam dengan berbagai zat di lingkungannya yang menghasilkan senyawa-senyawa yang tidak dikehendaki. Dalam bahasa sehari-hari, korosi disebut perkaratan. Contoh korosi yang paling lazim adalah perkaratan besi.Pada peristiwa korosi, logam mengalami oksidasi, sedangkan oksigen (udara) mengalami reduksi. Karat logam umumnya adalah berupa oksida atau karbonat. Rumus kimia karat besi adalah Fe2O3.nH2O, suatu zat padat yang berwarna coklat-merah.Korosi merupakan proses elektrokimia. Pada korosi besi, bagian tertentu dari besi itu berlaku sebagaianode, di mana besi mengalami oksidasi.Fe(s) <–> Fe2+(aq) + 2eElektron yang dibebaskan di anode mengalir ke bagian lain dari besi itu yang bertindak sebagai katode, di mana oksigen tereduksi.O2(g) + 4H+(aq) + 4e <–> 2H2O(l)atau

O2(g) + 2H2O(l) + 4e <–> 4OH–(aq)Ion besi(II) yang terbentuk pada anode selanjutnya teroksidasi membentuk ion besi(III) yang kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi, yaitu karat besi. Mengenai bagian mana dari besi itu yang bertindak sebagai anode dan bagian mana yang bertindak sebagai katode, bergantung pada berbagai faktor, misalnya zat pengotor, atau perbedaan rapatan logam itu.

Korosi dapat juga diartikan sebagai serangan yang merusak logam karena logam bereaksi secara kimiaatau elektrokimia dengan lingkungan. Ada definisi lain yang mengatakan bahwa korosi adalah kebalikan dari proses ekstraksi logam dari bijih mineralnya. Contohnya, bijih mineral logam besi di alam bebas ada dalam bentuk senyawa besi oksida atau besi sulfida, setelah diekstraksi dan diolah, akan dihasilkan besi yang digunakan untuk pembuatan baja atau baja paduan. Selama pemakaian, baja tersebut akan bereaksi dengan lingkungan yang menyebabkan korosi (kembali menjadi senyawa besi oksida).Deret Volta dan hukum Nernst akan membantu untuk dapat mengetahui kemungkinan terjadinya korosi. Kecepatan korosi sangat tergantung pada banyak faktor, seperti ada atau tidaknya lapisan oksida,

karena lapisan oksida dapat menghalangi beda potensial terhadap elektroda lainnya yang akan sangat berbeda bila masih bersih dari oksida. 

Korosi atau perkaratan sangat lazim terjadi pada besi.  Besi merupakan logam yang mudah berkarat.  Karat besi merupakan zat yang dihasilkan pada peristiwa korosi, yaitu berupa zat padat berwarna coklat kemerahan yang bersifat rapuh serta berpori.  Rumus kimia dari karat besi adalah Fe2O3.xH2O.  Bila dibiarkan, lama kelamaan besi akan habis menjadi karat.Dampak dari peristiwa korosi bersifat sangat merugikan.  Contoh nyata adalah keroposnya jembatan, bodi mobil, ataupun berbagai konstruksi dari besi lainnya.Siapa di antara kita tidak kecewa  bila bodi mobil kesayangannya tahu-tahu sudah keropos karena korosi.  Pasti tidak ada.  Karena itu, sangat penting bila kita sedikit tahu tentang apa korosi itu, sehingga bisa diambil langkah-langkah antisipasi.Peristiwa korosi sendiri merupakan proses elektrokimia, yaitu proses (perubahan / reaksi kimia) yang melibatkan adanya aliran listrik.  Bagian tertentu dari besi berlaku sebagai kutub negatif (elektroda negatif, anoda), sementara bagian yang lain sebagai kutub positif (elektroda positif, katoda).  Elektron mengalir dari anoda ke katoda, sehingga terjadilah peristiwa korosi.

 

Ion besi (II)yang terbentuk pada anoda selanjutnya teroksidasi menjadi ion besi (III) yang kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi (karat besi), Fe2O3.xH2O.Dari reaksi terlihat bahwa korosi melibatkan adanya gas oksigen dan air.  Karena itu, besi yang disimpan dalam udara yang kering akan lebih awet bila dibandingkan ditempat yang lembab.  Korosi pada besi ternyata dipercepat oleh beberapa faktor, seperti tingkat keasaman, kontak dengan elektrolit, kontak dengan pengotor, kontak dengan logam lain yang kurang aktif (logam nikel, timah, tembaga), serta keadaan logam besi itu sendiri (kerapatan atau kasar halusnya permukaan).

Pencegahan korosiPencegahan korosi didasarkan pada dua prinsip berikut :

– Mencegah kontak dengan oksigen dan/atau airKorosi besi memerlukan oksigen dan air. Bila salah satu tidak ada, maka peristiwa korosi tidak dapat terjadi.  Korosi dapat dicegah dengan melapisi besi dengan cat, oli, logam lain yang tahan korosi (logam yang lebih aktif seperti seg dan krom).  Penggunaan logam lain yang kurang aktif (timah dan tembaga) sebagai pelapis pada kaleng bertujuan agar kaleng cepat hancur di tanah. Timah atau tembaga bersifat mampercepat proses korosi.

– Perlindungan katoda (pengorbanan anoda)Besi yang dilapisi atau dihubugkan dengan logam lain yang lebih aktif akan membentuk sel elektrokimia dengan besi sebagai katoda.  Di sini, besi berfungsi hanya sebagai tempat terjadinya reduksi oksigen. Logam lain berperan sebagai anoda, dan mengalami reaksi oksidasi.  Dalam hal ini besi, sebagai katoda, terlindungi oleh logam lain (sebagai anoda, dikorbankan).  Besi akan aman terlindungi selama logam pelindungnya masih ada / belum habis.  Untuk perlindungan katoda pada sistem jaringan pipa bawah tanah lazim digunakan logam magnesium, Mg.  Logam ini secara berkala harus dikontrol dan diganti.

– Membuat alloy atau  paduan logam yang bersifat tahan karat, misalnya besi dicampur dengan logam Ni dan Cr menjadi baja stainless (72% Fe, 19%Cr, 9%Ni). 

1.

Faktor yang berpengaruh1. Kelembaban udara2. Elektrolit3. Zat terlarut pembentuk asam (CO2, SO2)4. Adanya O2

5. Lapisan pada permukaan logam6. Letak logam dalam deret potensial reduksi 

2.

Mencegah Korosi1. Dicat2. Dilapisi logam yang lebih mulia3. Dilapisi logam yang lebih mudah teroksidasi4. Menanam batang-batang logam yang lebih aktif dekat logam besi dan dihubungkan5. Dicampur dengan logam lain