Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi IIISerpong, 20 -21 Oktober 1998 ISSN 1410-2897

EFEK INHIBITOR Na2MoO 4 DAN LiCrO 4 DALAM MEDIA LiBr PADABAJA KARBON S3b

HarsistoBalai Korosi PUSLITBANG Metalurgi -LIPI

Kawasan PUSPIPTEK Serpong

ABSTRAK

EFEK INHIBITOR Na2MoO. DAN LiCrO. DALAM MEDIA LiBr PADA BAJA KARBON. Larutan pekatlithium bromida yang dipergunakan untuk bahan pengabsorpsi pada mesin AC sentral, telah menimbulkan kerusakan padakonstruksi baja karbon karena korosi merata. Untuk mengatasi masalah tersebut, dilapangan telah digunakan inhibitor campuran0,2% herat LiOH clan 0,2% herat Li2CrO.. Dengan menggunakan inhibitor Li2CrO. dalam sistem tersebut, temyata timbulmasalah korosi sumur clan juga bisa menimbulkan masalah lingkungan karena ion khromat. Dalam makalah ini, disajikanhasil penelitian clan pembahasan tentang pemakaian inhibitor Na2MoO. yang cukup baik untuk pengganti inhibitor Li CrOyang selama ini dipakai. Pada penambahan inhibitor Na2MoO 4 sebanyak 0,2% herat atau lebih kedalam larutan pekat 60%berat LiBr yang mengandung 0,2% be rat LiOH, efek peng~ndalian korosinya hampir sarna dengan penambahan inhibitorLi2CrO4. Penggunaan inhibitor N~MoO4 dalam sistem baja karbon dalam larutan LiBr tepat untuk mencegah korosi sumuran,korosi merata clan tidak ada masalah lingkungan.

ABSTRACT

THE EFFECf OF Na2MoO~ AND L~CrO~ INHIBffORS ON THE CARBON STEEL IN LiBr SOLUTION.The damage of carbon steel construction in the central AC machines due to general corrosion caused by concentrated LiBrsolution. The mixed of 0.2 wt % of LiOR and 0.2 wt % Li2CrO~ have been used to solve this problem. The using ofLi2CrO~ il.this system, create new problems such like pitting corrosion and the environment roused by chromate ion. This paper presentsthe results and discussion of the tests using Na2MoO~ as an inhibitor to replace Li2CrO4 that usually used. The addition ofNa2MoO4 more than 0.2 wt % in the concentrate 60 wt % LiBr solution that contain 0.2 wt % LiOR, almost gives the sameeffect to the corrosion control. The using ofNa2MoO4 is the system of carbon steel in LiBr solution was suitable to preventationsthe pitting corosion, the general corrosion attack and no environment problem.

PENDAHULUAN

N~MoO4. Metodologi penelitian yang diperguna-kan,didasali<an pada pengukuran laju korosi dan pengukur-an potensial sistem yang mengacu pada standar ASTMG31-72 (1m).

Pengukuran laju korosi dipergunakan metodepenelitian dengan cara mengukur pengurangan beratbenda uji per satuan luas per satuan waktu pencelupan.Pengukuran potensial sistem dipergunakan metodepengukuran potensial korosi alami dari baja karbonyang dicelup dalam larutan pekat 60% berat LiBr +0,2 % berat LiOR yang mengandung berbagaikonsentrasi inhibitor tersebut diatas pada temperaturdidih (154 :t 2)OC dan bebas oksigen.

Variabel-variabel percobaan yang dilakukandiantaranya adalah konsentrasi inhibitor Li2CrO4 daDkonsentrasi N~MoO 4 dalam larutan pekat 60% beratLiBr + 0,2% berat LiOR pada temperatur didih

(154 :t 2)OC tanpa pengaruh oksigen danjuga variabelkonsentrasi LiOR dalam larutan pekat 60% berat LiBrpada temperatur didih dan bebas oksigen.

Sistem pendingin gedung-gedung besar diJepang menggunakan media pengabsorpsi dari larutanpekat LiBr [I]. Larutan pekat LiBr pada titik didihnyasangat korosif terhadap konstruksi baja karbon daDmengakibatkan korosi merata. Pada prakteknya hinggadewasa ini untuk mengendalikan laju korosi meratatersebut, dipergunakan inhibitor 0,2% berat LiOH daD0,2% berat Li2CrO..

Pada penelitian terdahulu daD yang telahdipublikasikan pada majalah material komponen dankonstruksi, terbukti bahwa pada pemakaian inhibitorLi2CrO. rnarnpu mencegah timbuInya korosi merata,tetapi timbuI masalah baru yaitu korosi sumur daDlimbah beracun dari ion khromat [2]. Dengan adanyamasalah barD tersebut, maka sangat diperlUkan tipe in-hibitor lain yang rnampu mencegah timbuInya korosibaja karbon dalam larutan pekat LiBr pada temperatur

didihnya.Pada penelitian disini dipilih tipe inhibitor

mengoksid dari senyawa molibdat yaitu N~MoO. yangmempunyai karakteristik hampir sarna dengan inhibi-tor Li2 CrO. tetapi sifat mengoksidnya tidak sekuatLi2CrO.. Untuk selanjutnya penelitian difokuskan padaperban-dingan efektifitas dan daya guna dari inhibitor

Prosiding Perlemuan Ilmiah Sains Materi IIISerpong, 20- 21 Oktober 1998 ISSN 1410-2897

BAHANDANPENGUJIAN HAsa DAN PEMBAHASAN

Benda Uji

Pada penelitian ini menggunakan material bajakarbon produk pabrik baja Sumitomo yang berbentukpetal lembaran dengan ketebalan 5 mm, dengankomposisi kimia yang ditunjukkan pada Tabel I.Komposisi kimia sesuai dengan spesifikasi pabrik.

Berdasarkan pengujian-pengujian yang telahdilakukan pada baja karbon yang dicelup kedalamlarutan uji 60% berat LiBr + 0,2% berat LiOH denganpenambah-an berbagai konsentrasi inhibitor Li2CrO.dan Na2MoO. pada temperatur didih (154:t 2)OC dandengan peniupan gas N2 secara terns menerns selamapengu jian, hasil-hasilnya disajikan dibawah ini.

Evaluasi Pemakaian Inhibitor LiOnTabel 1. Komposisi Kimia Baja Karbon

Berbagai literatur banyak menyebutkan bahwauntuk meningkatkan pH larutan pekat LiBr untuksistem AC sentral pada titik didihnya, secara konsistentelah digunakan inhibitor LiOH dengan konsentrasi0,2%berat.

Dengan peralatan digitel pH meter yangmenggunakan elektroda geJas dan yang berkemampuansampai 80.C, barga pH larutan pekat LiBr yangmengandung berbagai konsentrasi LiOH telah diukurdengan variabel temperatur 25.C, 40.C daD 60.C.Harga pH pada titik didib ditentukan dengan taraektrapolasi data-data pengukuran yang diperoleb. PadaGambar-l, ditunjukkan basil-basil pengukuran pHlarutao uji dI"baoob temperatur80"C dan basil ektrapoiasipada temperatur didib (154:!: 2) .C. Dari Gambar.l,terlibat bahwa pada penam bahan konsen-trasi LiOHsekitar 0,2% dapat meningkatkan pH larutan uji se<3raoptimum, yaitu sekitar 3,8 pada temperatur didib danoleb karena itu dalam penguji an-pengujian selanjutnyadipergunakan konsentrasi 0,2% berat LiOH.

1413121110

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

:c~

C Si Mn P S

0,049 0,01 0,25 0,014 0,0096

Cu AI Ti Nb

0,01 0,047 0,002 0,002

Pada pembuatan benda uji, lembaran pelat bajadipotong dengan mesin pemotong yang diberi pendingin air dan dibentuk empat persegi panjang denganukuran 50 x 25 x 5 mrn. Dengan bantuan mesin polesyang disertai dengan pendingin air, benda uji yang telahdibentuk, diampelas dengan kertas ampelas SiC daritingkat kekasaran 100 hingga 1000. Setelah benda ujidiampelas, dicuci dengan air sabun, dibilas dengan airdestilasi, dicuci dengan aceton daD dikeringkankemudian disimpan didalam desikator selama 24 jamyang selanjutnya benda uji siap dipakai.

Cara Pengujian

Untuk pengujian laju korosi, berat benda ujiditimbang dan diukur dimensinya kemudian dimasuk-kan kedalam larutan uji yang sudah disiapkan. Larutanuji dikondisikan didalam selpercobaan pada tempera-tur didih dan dibebaskan daTi oksigen dengan caramengalirkan gas Nz murni secara terus menerus.Setelah waktu percobaan cukup, benda ujidiambil dandibersihkan dari produk korosinya, dicuci, dikeringkandaD disimpan didalam desikator selama 24 jam agarbebas dari kandungan air. Perbedaan berat benda ujisebelum daD sesudah pengujian dipakai untukmenentukan laju korosi.

Untuk pengujian potensial korosi alami daTibaja karbon yang tercelup didalam larutan uji coba,

dipergunakan potensiostat yang dilengkapi denganelektroda pembanding dari kalomel jenuh (SCE). Carapersiapan larutan uji, pertama-tama larutan ujidisiapkan didalam sel percobaan dengan komposisiyang tepat kemudian gas oksigen yang ada didalamlarutan dibebaskan dengan gas Nz pada temperaturkamar selama 1 jam yang selanjutnya temperaturdinaikkan sampai titik didih. Selama percobaan selaludialirkan gas Nz mumi kedalam larutan uji.

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0Konsentra.i LiDH (%berat)

Oambar 1. Hubungan Penambahan Konsentrasi LiOHTerhadap pH Larutan

1.2

Pengaroh Penambahan Konsentrasi L~ CrO 4 PadaPotensial Korosi

Pada Gambar-2, ditunjukkan hubungan antaraharga potensial korosi alami baja karbon terhadapwaktu pencelupan dalam larutan uji yang mengandungberbagai konsentrasi Li2CrO4"

Dari Gambar-2, terlihat bahwa pengaruh

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi IIISerpong, 20 -21 Oktober 1998 ISSN 1410-2897

-200 korosi sumur yang terjadi. Pada larutao uji 60% bemtLiBr + 0,2% berat LiOR pada temperatur didih (154 :!:

2) °C dan bebas oksigen, yang ditambah dengan inhibi-tor Li2CrO4 sebanyak 0,01%; 0,05%; 0,1% dan 0,2%bemt dan waktu pencelupan benda uji selama 20 jamtelah menimbulkan korosi sumur dengan kedalamanmaksi mum masing-masing 8mm, 10mm, 20mm dan15mm P!KIa luas berm .yi 3100 rnm2 jumlah korosi .gnnuryang timbul dan terlihat secara visuallebih dari empatbuah. Dari benda uji yang telah dilakukan pengujian,terlihat bahwa korosi sumur yang terjadi pada umumnyadibagian bawah apabila benda uji tersebut digantung,lihat Ganmr -3 .

""'-300U"'-;>.!.-400"s~ -500...0

~600

-;;",.~..-700"'c;A-

-800

10 20Wakta c~l..p (Jam)

Gambar 2. Hubungan antara waktu pencelupan denganpotensial korosi alami pada sistem bajakarbon larutan pekat LiBr -Li,CrO.

Pengaroh Penambahan Konscntrasi Na2MoO4 PadaPotensial Korosi

Pada Gambar-4, ditunjukkan hubungan antaraharga potensial korosi alami baja karbon terhadapwaktu pencelupan dalam larutan uji yang mengandun!';berbagai konsentrasi Na2M<'AJ 4. Dari Gambar 4, terlihatbahwa pada pencelupan benda uji hingga 150 jam,pengaruh penambahan 0.01% dan 0.05% bem inhibi-tor N~MoO 4 kedalam larutan 60% berat LiEr + 0.2%berat LiOR tidak banyak berpengamh pada peningkatanpotensial korosi alami baja karbon, sedangkan padawaktu pencelupan diatas 150 jam terjadi peningkatanpotensial Korosi alami sekitar 20 sid 30 (mV,SCE,R. T.).Pada penambahan konsentrasi inhibitor N~M<'AJ 4 lebihlanjut hingga konsentrasi 0,3% berat, mempunyaipengamh pada peningkatan harga potensial kor()Si a1ami

penamba ban 0,01% berat inhibitor Li2Cr04 kedalamlarutan 60% berat LiBr + 0,2% berat LiOH, telahmampu meningkat kan potensial korosi alami bajakaJbon daTi kisaran harga -780 sid -75O (m V;SCE,R T.)menjadi kisaran harga -540 sid -500 (mV,SCE,R. T.).Pada penambahan konsentrasi inhibitor Li2CrO4 lebihlanjut hingga konsentrasi 0,2% berat, tidak mempengaruhi peningkatan harga potensiaal korosi alami bajakarbon.

Benda uji yang teJah dipakai percobaan didalamJamtan yang mengandung inhibitor, pada permukaanbenda uji tampak bercak-bercak korosi sumur daDdengan bantuan alat mikroskop dapat diukur kedalaman

ISO jam150 jam

200 jam200 jam

b. 60 % LiBr + 0,2 % LiOn + 0,2 % Na,MoO.,(154 :t 2) .Ca. 60./. LiBr + 0,2% LiOH + 0,2% Li2CrO., (IS4i2) .C

Gambar 3. Photo benda uji setelah dilakukan pengujian

83Harsi.\to

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi IIISerpong, 20 -21 Oktober 1998 ISSN 1410-2897

400.600

60"/oLi Br+O,2% LiOH +x%N a2MoO4

---0,01%--0,05%--0,2%

.' 0,3%

u'";;.:~Os~

,--;;

~~~

..~ ,.'. --~ /1/'

~~;, ~.~~..-:= '-

-650

-700

-750

~ 300~~E~~.§. 200

~:;~~ 100

";;-

-800

"10 2.0

Waktu celup (jam)

30.01. .1-

KoAsentrasi inhibitor( % berat)

Gambar 4 Hubungan antara waktu pencelupan denganpotensial korosi alanti baja karbon dalamlarutan yang mengandung Na.MoO.

Gambar 5 Hubungan Antara Penarnbahan KonsentrasiInhibitor Terhadap Laju Korosi

pencega ban korosi pada pemakaian inhibitor Li2CrO4jauh lebih baik dari pada pemakaian inhibitor N~oO4.Pada percobaan dengan larutao uji yang mengandunginhibitor 0,2% berat keatas baik untuk Li2CrO 4 maupununtuk Na~oO 4' pengaruh terhadap pencegaban korositerlihat sangat baik. Apabila dibandingkan antara keduainhibitor tersebut, inhibitor Li2CrO4 lebih baik untukmence gab laju korosi, tetapi timbul masalah adanyakorosi sumur yang berbahaya, sedangkan pada

penambaban N~MoO 4 cenderung mengalarni korosimerata yang disebabkan karena lapis lindung yangterjadi mudah tererosi.

Pengamatan Pertumbuban Korosi Sumur PadaPenambaban Inhibitor

Hasil penelitian diatas tetab menjelaskan bahwapada penambaban inhibitor Li2CrO4 kedaIam tarutaopekat 60% berat LiBr + 0,2% berat LiOH pada titikdidih (154:!:: 2)OC dan bebas oksigen, telab menimbuI-kan korosi sumur yang berbahaya. Pada bagian ini,

disajikan hubungan antara penambahan berbagaikonsentrasi inhibitor baik Li2CrO4 maupun Na2MoO4terhadap potensial korosi alami maupun terhadappembentukan korosi sumur pada permukaan bebas.

Pada Gambar-6, ditunjukkan bahwa pad apenam baban konsentrasi inhibitor Na2MoO 4 hingga0,3% berat, baik waktu pencelupan 1 jam rnaupun 50jam potensial korosi aIami yang dicapai maksimum -690 (mV,SCE) dan tidak menunjukkan adanya korosisumur. Pada penambahan inhibitor Li2CrO4 dari0,0005% hingga 0,002% berat dengan waktu celup Ijam, potensial korosi aIami yang dicapai maksimum -750(mV,SCE) daD tidak menunjukkan adanya korosisumur. Sedangkan pada penambahan 0,05% berathingga tebih dengan waktu celup 1 jam, telab teramatiadanya korosi sumur pada permukaan benda uji. Darigambar-6 juga terlihat adanya keterkaitan antara

baja karlJOn. Pada penambahan inhibitor N~oO 4 dalarnlarutao uji, tidak menimbulkan korosi sumuran. Daritantpakan lapisan pasif dipermukaan benda uji, masihada korosi merata daD WarDa dari lapisan pasif adalahhitam kehijau-hijauan, lihat Ganlbar 3. Korasi celahjugaterlihat secara nyata dibagian benda uji yang bersing

gungan dengan gelas penggantung. Pada pencelupanbenda uji lebih dari 200 jam, tantpak pada permukaanbenda uji bentuk korosi erosi. Hal ini menunjukkanbahwa lapisan pasif yang terbentuk tidak sempurna,sehingga mudah tererosi oleh gelembung-gelembungudara karena proses pendidihan. Apabila kedua jenisinhibitor tersebut diatas dibandingkan, tantpak bahwakooua inhibitor tersebut sangat berbeda sifat mengoksidnya. Untuk inhibitor Li2CrO 4' mempu nyai sifat sebagaiinhibitor mengoksid yang lebih kuat dibandingkandengan inhibitor Na2MoO4. Demikian juga sifatkestabilan dari inhibitor Li2CrO4 jauh lebih baik daripada inhibitor N~MoO 4' gejala ini dapat dilihat padakestabilan harga potensial korosi alami baja karbonselama pencelupan. Disamping itu, lapisan pasif dariinhibitor Na2MoO. mudah tererosi sedangkan lapisanpasif dari Li2CrO 4 tidak terjadi proses erosi.

Pengamatan laju korosi baja karbon dalamlarutan yang mengandung inhibitor

Pengukuran laju korosi yang menggunakanmetoda pengurangan berat disini, benda uji yang telahdibersihkan dari produk korosinya dicuci, dikeringkandan disimpan didalam desikator selama 24 jam agarbebas air daD selanjutnya ditimbang beratnya. Pada

Garnbar-5, ditunjukkan hubungan antara waktu pencelupan benda uji hingga 200 jam didalam larutan yangmengandung inhibitor dan kehilangan berat benda uji.

Dari Gambar 5, tampak bahwa pada penambah-an konsentrasi Li2CrO 4 maupun Na2MoO 4 dibawah0,2% berat laju korosi masih relatif tinggi dan daya

84 Harsi.\1o

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi /IISerpong, 20 -21 Oktober 1998 ISSN 1410-2897

DAFTAR PUSTAKA

.:0'..;"',>~~

.:!...~~"*

-;-;e~

~

.650.7110

j =---~?~~- I -,30 .$1)0 -

.0(}01 .001 .n1 .1

Kunsfotra5i inhibitor rOo. b.r...)

Hubungan Antara Penambaban Konsentrasi InhibitorTerhadap Potensial Korosi Alami daD PembentukanKorosi Sumur

Gambar 6.

potensial korosi alarni dengan pembentukan korosisumur, yaitu korosi sumur bisa terbentuk pada potensialkorosi a1ami diatas -550 (mV;SCE,R T.).

KESIMPULAN

[1]. IYOK! S. , UEMURA T. , "Studies of CorrosionInhibition In Water Lithium Bromide AbsorptionRefrigerating Machines", Refrigeration Vol. 53, No.

614,Da:ember 1978.[2]. HARSISTO S. , "Masalah Korosi Baja Karbon

Dalam Larutan Pekat LiBr Pengabsorpsi UntukSistem AC Sentral Pada Temperatur Tinggi"Material Komponen dan Konstruksi, MajalahDmiah UPf -LUK, BPPT, Tabun 1 No.1, JamJari 1995

(3]. DEVAN, J.H. et al , "Corrosion of Materials InAbsorption Heating and Refrigeration Fluids",Special Report for U.S. Department of Energy, June1985.

[4]. ITOH M. et al , "Corrosion Inhibition of CalbonSteel, Copper and 70/30 Cupro-Nickel by SodiumTetra borate and Benzotriazole In ConcentratedLithium Bromide Solution at Elevated Temperature", Bashoku Gijutsu 29, 233-238 (1980).

(5]. HARSISTO S. , TSUJIKAWA S. , "Inhibitor KorosiBaja KartJon Dalam Larutan 60% Berat LiBr PadaTitik Didihnya (Futto 6Owt% LiBr Suiyoueki Chuni Okeru Tansokou no Fushuko Yokusei)"Procedings of Fushuko Bashoku, May 1988.

[6]. HARSISTO S. , TSUJIKAWA S. , "CorrosionControl of Carbon Steel in Concentrated LiBrAbsorption Refregeration Systems at ElevatedTemperatur", Proceedings of Asia-Pacific Wonshop on the Evaluation of Materials Performancein Various Environments, Bandung, November 16-19, 1993.

[7]. ITO M. et al ,"Corrosion Inhibition ofCaIbon Steeland Cupro Nickel by Lithium Molybdate In Concentrated Lithium Bromide Solution at ElevatedTemperatur", Bashoku Gijutsu 33, 504-508 (1984).

[8]. POURBAIX M. : "Atlas of ElectrochemicalEquilibria In Aquenous Solutions", NationalAssociation of Corrosion Engineering, Copyright1974.

Dan basil penelitian dan pembahasan yang telahdilakukan dapat ditarik kesimpulan sebagai oorikut :1. Pada penambahan Konsentrasi LiOH antara 0,1%

hingga 0,2% berat, mampu meningkatkan pHlarutan pekat 60% LiBr pada kondisi optimumsekitar 3,8 pada titik didih.

2. Sifat mengoksid daD sifat kestabilan dalammengendalikan korosi antara inhibitor Li2CrO .jauhlebih baik daripada Na2MoO.. Akan tetapi, padapenambah konsentrasi inhibitor Li2 CrO. lebih besarsarna dengan 0,05% oorat dapat menimbulkan korosisumur yang berbahaya.

3. Pada penambahan konsentrasi inhibitor N~MoO.sebanyak 0,2% berat atau lebih dapat diandalkanuntuk pengganti inhibitor Li2CrO. yang bersifatracun dan yang dapat menimbulkan korosi sumur.

UCAPAN TERIMA KASm

Ucapan terima-kasih disampaikan kepada Prof.Dr. Shigeo Tsujikawa, Laboratorium TeknologiPermuka-an, Departemen Metallurgi, Universitas To-kyo di Jepang, atas bimbingannya pada percobaan inidaD kepada Tokyo Gas LTD yang telah memberibantuan dana.

Harsisto 85