UNIMED-Undergraduate-22355-05 BAB II.pdf

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Logam

Dalam fisika logam adalah material yang mempunyai sifat-sifat kuat, liat,

keras, dan mempunyai titik cair tinggi. Sifat fisis logam adalah mengkilat,

konduktor panas dan listrik, merenggang jika ditarik, mudah ditempa, berupa

padatan dalam suhu kamar, dapat ditarik oleh magnet, memiliki kepadatan yang

tinggi dan berbunyi nyaring jika dipukul. Hal ini juga berlaku sebaliknya untuk

unsur nonlogam, namun nonlogam dapat berupa padat cair dan gas dalam suhu

kamar.

Beberapa logam terkenal adalah aluminium, tembaga, emas, titanium,

uranium, dan zink. Secara singkat logam dapat diklasifikasikan menjadi:

Logam berat: besi, nikel, krom, tembaga, timah, seng.

Logam ringan: aluminium, barilium, magnesium, titanium, kalsium,

kalium, natrium.

Logam mulia: emas, perak, platina.

Logam refraktori: wolfram, molibdem, titanium, zirkonium.

Logam radoiaktif: uranium, radium.

Penggunaan logam dalam kehidupan sehari-hari sangat beragam. Salah

satu aplikasi penggunaannya adalah di bidang industri, pertanian dan kedokteran

namun, penggunaan logam yang paing populer adalah di bidang teknik Sebagai

konduktor panas yang baik, logam juga digunakan untuk membuat panci. Logam

bersifat kuat sehingga dapat digunakan untuk membangun rangka bangunan dan

jembatan. Logam juga dapat menimbulkan suara dering yang nyaring jika

dipukul, maka logam juga dapat digunakan dalam pembuatan bel. Bahan logam

yang menjadi fokus pada penellitian ini adalah logam baja dan alminium.

7

2.1.1. Aluminium

Orang-orang Yunani dan Romawi kuno menggunakan aluminium sebagai

cairan penutup pori-pori dan bahan penajam proses pewarnaan. Pada tahun 1761

de Morveau dan Lavoisier mengajukan nama alumine untuk basa alum.

Aluminium murni, logam putih keperak-perakan memiliki karakteristik yang

diinginkan pada logakm yakni bersifat ringan, tidak magnetik dan tidak mudah

terpercik, merupakan logam kedua termudah dalam soal pembentukan, dan

keenam dalam soal ductility.

Gambar 2.1. Alumunium

Aluminium banyak digunakan sebagai peralatan dapur, bahan konstruksi

bangunan dan ribuan aplikasi lainnya dimanan logam yang mudah dibuat, kuat

dan ringan diperlukan. Meskipun konduktivitas listriknya hanya 60% dari

tembaga, tetapi ia digunakan sebagai bahan transmisi karena ringan. Aluminium

murni sangat lunak dan tidak kuat, tetapi dapat dicampur dengan tembaga,

magnesium, silikon, mangan, dan unsur-unsur lainnya untuk membentuk sifat-

sifat yang menguntungkan. Campuran logam ini penting kegunaannya dalam

konstruksi pesawat modern dan roket. Logam ini jika diuapkan divakum

membentuk lapisan yang memiliki reflektivitas tinggi untuk cahaya yang tampak

dan radiasi panas. Lapisan ini menjaga logam di bawahnya dari proses oksidasi

8

sehingga tidak menurunkan nilai logam yang dilapisi. Lapisan ini digunakan

untuk memproteksi kaca teleskop dan kegunaan lainnya.

2.1.2. Baja

Baja karbon dapat diklasifikasikan berdasarkan jumlah kandungan

karbonnya. Baja karbon terdiri atas tiga macam, yaitu baja karbon rendah, baja

karbon sedang, dan baja karbon tinggi.

Gambar 2.2. Aplikasi baja sebagai atap

2.1.2.1. Baja Karbon Rendah

Baja ini disebut baja ringan (mild steel) atau baja perkakas, baja karbon

rendah bukan baja yang keras, karena kandungan karbonnya rendah kurang dari

0,3%. Baja ini dapat dijadikan mur, baut, ulir sekrup, peralatan senjata, alat

pengangkat presisi, batang tarik, perkakas silinder, dan penggunaan yang hampir

sama. Penggilingan dan penyesuaian ukuran baja dapat dilakukan dalam panas.

Hal itu dapat ditandai dengan melihat lapisan oksida besinya di bagian permukaan

yang berwarna hitam. Baja juga dapat diselesaikan dengan pengerjaan dingin

dengan cara merendam atau mencelupkan baja ke dalam larutan asam yang

berguna untuk mengeluarkan lapisan oksidanya. Setelah itu, baja diangkat dan

digiling sampai ukuran yang dikehendaki, selanjutnya didinginkan. Proses ini

9

menghasilkan baja yang lebih licin, sehingga lebih baik sifatnya dan bagus untuk

dibuat mesin perkakas.

2.1.2.2. Baja Karbon Sedang

Baja karbon sedang mengandung karbon 0,3 0,6% dan kandungan

karbonnya memungkinkan baja untuk dikeraskan sebagian dengan pengerjaan

panas (heat treatment) yang sesuai. Proses pengerjaan panas menaikkan kekuatan

baja dengan cara digiling. Baja karbon sedang digunakan untuk sejumlah

peralatan mesin seperti roda gigi otomotif, poros bubungan, poros engkol, sekrup

sungkup, dan alat angkat presisi.

2.1.2.3. Baja Karbon Tinggi

Baja karbon tinggi yang mengandung karbon 0,6-1,5%, dibuat dengan cara

digiling panas. Pembentukan baja ini dilakukan dengan cara menggerinda

permukaannya, misalnya batang bor dan batang datar. Apabila baja ini digunakan

untuk peralatan mesin-mesin berat, batang-batang pengontrol, alat-alat tangan

seperti palu, obeng, tang, dan kunci mur, baja pelat, pegas kumparan, dan

sejumlah peralatan pertanian.

2.2. Pelapisan (Coating)

Coating atau yang bila diterjemahkan ke dalam bahasa Indonesia adalah

pelapisan, pada dasarnya adalah proses untuk melapisi suatu bahan dasar

(substrate) dengan maksud dan tujuan tertentu. Tujuan coating adalah melindungi

material dari korosi dan memberi keindahan pada material. Tingkat proteksi dari

pelapisan tergantung pada sistem keseluruhan dari pelapisan yang terdiri dari jenis

pelapisan, substrat logam dan preparasi permukaan.

2.2.1. Bahan Penyusun Coating

Hal yang menentukan sifat-sifat suatu coating adalah komposisi dari coating

itu sendiri. Umumnya coating mengandung empat bahan dasar, yaitu binder,

pigmen, solven dan aditif. Sangatlah penting bagi formulator untuk memahami

10

fungsi dari bahan-bahan dasar ini dan mengetahui bagaimana mereka saling

berinteraksi.

2.2.1.1. Binder

Binder berfungsi sebagai pengikat antar komponen coating dan juga

bertanggung jawab terhadap gaya adhesi coating dengan substrat. Terdapat

banyak binder yang telah dikenal, diantaranya alkyd, vinyl, resin alam, epoxy dan

urethane. Hal yang perlu diketahui tentang binder adalah bagaimana mereka

mengalami curing (drying). Pada umumnya binder dapat mengalami curing

dengan dua cara. Pertama adalah melalui evaporasi solven. Binder yang

mengalami curing seperti ini disebut binder thermoplastic atau non-covertible.

Kedua adalah lewat reaksi kimia selama atau setelah proses pengecatan. Binder

ini dikenal sebagai binder thermosetting. Selain itu, hal yang harus dipahami dari

binder adalah viskositas. Karena merupakan komponen utama dalam coating,

viskositas dari binder sangat menentukan viskositas coating. Coating harus

mempunyai viskositas cukup rendah agar dapat digunakan dengan peralatan

pengecatan sederhana (brush, roller atau spray) serta memiliki viskositas cukup

tinggi sehingga tidak menetes. Faktor utama yang menentukan viskositas binder

adalah berat molekularnya. Bahan yang mempunyai berat molekul tinggi akan

lebih viskous daripada berat molekul rendah. Ada dua cara untuk mengontrol

viskositas suatu coating yaitu pertama, dengan memvariasi berat molekul binder

kedua, dengan menambahkan sejumlah solven.

2.2.1.2. Pigmen

Pigmen merupakan pemberi warna dari coating. Selain berfungsi dalam

hal estetika, pigmen juga mempengaruhi ketahanan korosi dan sifat fisika dari

coating itu sendiri. Pigmen dapat dikelompokkan menjadi pigmen organik dan

anorganik. Pigmen anorganik contohnya adalah titanium dioksida dan besi oksida.

TiO2 merupakan pigmen putih yang paling banyak digunakan, biasanya untuk

coating eksterior. TiO2 mempunyai indeks reflaksi yang tinggi dan stabil terhadap

sinar ultraviolet dari sinar matahari yang dapat mendegradasi binder coating. Besi

11

oksida merupakan pigmen merah yang digunakan untuk coating primer. Terdapat

juga ekstender pigmen yang memberikan sedikit pengaruh terhadap warna dan

ketahanan korosi namun, mempengaruhi sifat-sifat coating seperti densitas, aliran,

hardness dan permeabilitas. Contohnya adalah kalsium karbonat, kaolin, talc dan

barium sulfat (barytes).

2.2.1.3. Aditif

Aditif adalah senyawa-senyawa kimia yang biasanya ditambahkan dalam

jumlah sedikit, namun sangat mempengaruhi sifat-sifat coating. Bahan-bahan

yang termasuk aditif adalah surfaktan, anti-settling agent, coalescing agents, anti-

skinning agents, catalysts, defoamers, ultraviolet light absorbers, dispersing

agents, preservatives, driers dan plasticizers. Ketahanan coating sangat

dipengaruhi oleh kemampuan coating untuk menempel (adhesive) pada material

substrat. Jika daya adhesive tidak kuat maka selain coating tidak menempel

dengan baik, hal ini dapat juga memberi kesempatan kepada udara lembab masuk

ke celah antara coating dan substrat yang menyebabkan korosi. Ada beberapa

jenis daya ikatan (adhesive) antara coating dengan material substrat, antara lain:

1. Daya ikat kimia (chemical bonding adhesion), yaitu daya ikat yang terjadi

antara coating dengan material substrat berupa ikatan atom. Contohnya yaitu

pada coating zinc (seng) untuk melapisi baja, atau yang biasa disebut

galvanized steel. Zinc berikatan dengan baja membentuk paduan intermetalik

FeZn. Jenis ikatan ini adalah ikatan yang paling kuat.

2. Daya ikat polar (polar adhesion) , yaitu daya ikat yang terjadi karena gaya tarik

menarik material polar. Contohnya yaitu coating organik, yang banyak

mengandung senyawa polar. Jenis ikatan ini tidak akan bekerja dengan baik

apabila terdapat zat pengotor di permukaan substrat seperti kotoran, minyak,

air, dan lain-lain.

3. Daya ikat mekanik (mechanical adhesion), yaitu daya ikat yang terjadi karena

ikatan secara mekanik (mechanical interlocking). Contohnya yaitu dengan

penggunaan coating pada permukaan substrat yang kasar, seperti penggunaan

sand blast ataupun bahan abrasif sebelum proses coating. Selain itu bisa juga

12

penggunaan coating yang akan mengkerut ketika curing sehingga akan

membungkus material substrat dengan baik, seperti epoxy, polyester, dan lain-

lain.

2.2.1.4. Solven

Kebanyakan coating memerlukan solven untuk melarutkan binder dan

memodifikasi viskositas. Hal penting yang harus diperhatikan dalam penentuan

solven adalah kemampuannya dalam melarutkan binder dan komponen coating

yang lain. Prinsip kelarutan sangatlah sederhana, yaitu like dissolves like. Artinya

solven polar akan melarutkan senyawa yang polar juga. Selain itu laju penguapan

solven juga perlu diperhatikan. Solven yang mempunyai tekanan uap tinggi

sehingga menguap dengan cepat disebut fast atau hot solvent, sedangkan yang

lambat disebut slow solvent. Laju penguapan mempengaruhi sifat-sifat coating

dan beberapa cacat dapat disebabkan karena ketidakcocokan dalam pemilihan

solven. Jika solven menguap terlalu cepat, coating tidak cukup waktu untuk

membentuk lapisan halus dan kontiniu.

2.2.2. Konsep Formulasi Coating

Berikut ini adalah parameter-parameter yang penting untuk formulasi

coating, yaitu:

2.2.2.1. Konsentrasi Volume Pigmen (PVC)

Pigmen Volume Concentration (PVC) merupakan rasio volume pigmen

terhadap volume total binder dan pigmen. Dua jenis coating dapat memiliki nilai

P/B yang sama namun sangat berbeda nilai PVCnya. Secara sederhana hal ini

dapat dihasilkan dengan menggunakan pigmen dengan densitas yang berbeda.

Nilai PVC dimana terdapat jumlah binder yang tepat untuk menghasilkan lapisan

tipis permukaan secara sempurna untuk setiap partikel dari pigmen merupakan

nilai Critis Pigmen Volume Concentration (CPVC). Di atas nilai CPVC, tidak ada

cukup binder untuk membasahi semua pigmen. Sedangkan di bawah nilai CPVC,

terdapat kelebihan binder. Beberapa sifat coating dapat secara signifikan

dipengaruhi oleh variasi formulasi PVC. Ketahanan abrasi dan kekuatan tarik

13

terbaik biasanya terjadi apabila formulasi coating berada di bawah nilai CPVC

dan secara cepat akan menurun ketika mendekati nilai CPVC. Pada formulasi di

bawah CPVC, permeabilitas coating biasanya rendah dan secara cepat akan

meningkat ketika CPVC dilewati. Karena adanya kerusakan sejumlah sifat-sifat

fisik, kebanyakan coating eksterior kinerja tinggi diformulasikan di atas CPVC.

2.2.2.2. Rasio Pigmen dan Binder

Rasio pigmen dan binder merupakan perbandingan berat pigmen terhadap

berat binder. Pelapisan biasanya memiliki P/B 1:0 atau kurang sedangkan primer

coating mempunyai P/B 2:4.

2.2.2.3. Densitas, Berat Solid dan Volume Solid

Densitas, berat solid dan volume solid serta persen binder dan persen

pigmen seringkali disebut sebagai konstanta fisik dari coating. Densitas biasanya

dinyatakan dalam satuan pound per gallon. Berat solid coating biasanya dalam

bentuk persen non volatile, merupakan berat solid dibagi dengan berat total

coating. Volume solid adalah persen volume material non-volatile. Volume solid

menentukan berapa luas area yang dapat dicoating (dilapisi). Kemudian persen

binder dan persen pigmen merupakan persentase binder dan pigmen dalam

coating.

2.2.3. Sifat Adhesif Pelapisan (Coating)

Kunci dari suatu lapisan ialah kemampuan untuk melekat pada permukaan

logam (substrat). Oleh karena itu substrat yang akan dilapisi harus bebas dari

kotoran seperti minyak dan produk korosi. Permukaan logam (metal) biasanya

belum bisa langsung diberikan coating, karena kualitas permukaan yang rendah

serta kemungkinan adanya kotoran dan minyak dapat mengganggu sifat adhesif

dari coating. Jika daya adhesif tidak kuat maka selain pelapisan (coating) tidak

menempel dengan baik, hal ini dapat juga memberi kesempatan kepada udara

lembab masuk ke celah antara coating dan substrat yang menyebabkan

kontaminasi. Oleh karena itu perlu dilakukan proses preparasi terlebih dahulu

14

sebelum dilakukan proses coating. Proses precoating ini terdiri dari dua jenis,

yaitu pertama, mechanical cleaning dan kedua, chemical cleaning.

1. Chemical cleaning, yaitu proses pembersihan dengan menggunakan bahan

kimia. Cara pengaplikasiannya dapat diusapkan, disemprot, diuapkan, dan

dicelupkan. Ada beberapa jenis chemical cleaning, antara lain:

Emulsion cleaning, yaitu dengan menggunakan larutan berbahan dasar

organik (surfactant) yang dapat membersihkan minyak seperti detergen atau

emulsifier.

Alkaline cleaning, yaitu dengan menggunakan larutan garam alkali untuk

membersihkan kotoran dan minyak. Larutan yang umum digunakan antara

lain natrium hidroksida (NaOH) dan natrium karbinat (Na2CO3). Biasanya

garam tersebut dilarutkan dengan air hangat sebanyak 80-40%. Setelah

proses alkaline cleaning, semua zat alkaline harus dibersihkan dengan air

atau uap agar tidak mengganggu kinerja coating.

Pickling (Acid cleaning), yaitu dengan menggunakan larutan asam untuk

membersihkan scale dan korosi. Larutan asam yang biasa digunakan yaitu

asam sulfat (H2SO4) yang akan melarutkan oksida pada permukaan.

2. Mechanical cleaning, yaitu dengan menggunakan material abrasif untuk

menghilangkan kotoran pada permukaan. Proses mechanical yang digunakan

umumnya yaitu grinding, sand blasting, dan lain-lain. Kontaminan yang dapat

dibersihkan antara lain scale, produk korosi, maupun sisa coating sebelumnya

dengan mengikis permukaan material substrat tersebut.

2.2.4. Dip Coating

Dip coating adalah suatu proses yang digunakan untuk pelapisan, misalnya

bahan semikonduktor. Pada proses pelapisan ini, biasanya dibagi menjadi

beberapa langkah, yaitu:

1. Perendaman (immersion), dimana substrat ini direndam dalam larutan bahan

lapisan pada kecepatan konstan. Kemudian start-up, dimana substrat telah

berada di dalam larutan untuk sementara waktu dan mulai ditarik ke atas.

15

2. Deposition, dimana posisi lapisan tipis pada substrat ketika sedang berhenti

dan dilakukan pada kecepatan konstan. Kecepatan menentukan ketebalan

lapisan (penarikan lebih cepat memberikan bahan pelapis yang lebih tebal).

3. Pengeringan, dimana kelebihan cairan akan mengalir dari permukaan.

4. Penguapan (evaporation), dimana pelarut yang menguap dari cair akan

membentuk lapisan tipis. Untuk pelarut mudah menguap, seperti alkohol,

penguapan sudah dimulai selama deposition dan langkah pengeringan. Pada

proses dip coating ini, kecepatan alat sangat berpengaruh pada tiap langkah

yang dilalui. Untuk itu, perlu diperhatikan dalam pengontrolan kecepatan

gerak alat agar hasil pelapisan bahan semikonduktor mencapai hasil yang

sesuai dengan kebutuhan.

Gambar 2.3. Skema pelapisan (dip coating)

2.3. Korosi

2.3.1. Pengertian Korosi

Korosi adalah penurunan mutu logam akibat reaksi elektrokimia dengan

lingkungannya. Korosi atau perkaratan merupakan fenomena kimia pada bahan-

bahan logam yang pada dasarnya merupakan reaksi logam menjadi ion pada

permukaan logam yang kontak langsung dengan lingkungan berair dan oksigen.

16

Korosi merupakan proses atau reaksi elektrokimia yang bersifat alamiah dan

berlangsung dengan sendirinya, oleh karena itu korosi tidak dapat dicegah atau

dihentikan sama sekali. Korosi hanya bisa dikendalikan atau diperlambat lajunya

sehingga memperlambat proses perusakannya. Contoh yang paling umum, yaitu

kerusakan logam besi dengan terbentuknya karat oksida. Dengan demikian, korosi

menimbulkan banyak kerugian.

Korosi logam melibatkan proses anodik, yaitu oksidasi logam menjadi ion

dengan melepaskan elektron ke dalam (permukaan) logam dan proses katodik

yang mengkonsumsi elektron tersebut dengan laju yang sama yaitu proses

katodik biasanya merupakan reduksi ion hidrogen atau oksigen dari lingkungan

sekitarnya. Untuk contoh korosi logam dalam udara lembab, misalnya proses

reaksinya dapat dinyatakan sebagai berikut :

Anoda {Fe(s) Fe2+

(aq)+ 2 e} x 2 (2.1)

Katoda O2(g)+ 4H+ (aq)+ 4 e 2 H2O(l) + (2.2)

Redoks 2Fe(s) + O2 (g)+ 4 H+

(aq) 2 Fe2+

+ 2 H2O(l) (2.3)

Dari data potensial elektroda dapat dihitung bahwa emf standar untuk proses

korosi ini, yaitu E0 sel = +1,67 V. Reaksi ini terjadi pada lingkungan asam dimana

ion H+ sebagian dapat diperoleh dari reaksi karbon dioksida atmosfer dengan air

membentuk H2CO3. Ion Fe+2

yang terbentuk di anoda kemudian teroksidasi lebih

lanjut oleh oksigen membentuk besi (III) oksida :

4 Fe+2

(aq)+ O2(g)+ (4+2x) H2O(l) 2 Fe2O3 xH2O + 8 H+

(aq) (2.4)

Hidrat besi (III) oksida inilah yang dikenal sebagai karat besi. Sirkuit listrik

dipacu oleh migrasi elektron dan ion, itulah sebabnya korosi cepat terjadi dalam

air garam. Jika proses korosi terjadi dalam lingkungan basa, maka reaksi katodik

yang terjadi, yaitu :

O2 (g)+ 2 H2O(l)+ 4e 4 OH- (aq) (2.5)

Oksidasi lanjut ion Fe+2

tidak berlangsung karena lambatnya gerak ion ini

sehingga sulit berhubungan dengan oksigen udara luar, tambahan pula ion ini

segera ditangkap oleh garam kompleks heksasianoferat (II) membentuk senyawa

kompleks stabil biru. Korosi besi realatif cepat terjadi dan berlangsung terus,

sebab lapisan senyawa besi (III) oksida yang terjadi bersifat porous sehingga

17

mudah ditembus oleh udara maupun air. Tetapi meskipun alumunium mempunyai

potensial reduksi jauh lebih negatif daripada besi, namun proses korosi lanjut

menjadi terhambat karena hasil oksidasi Al2O3 yang melapisinya tidak bersifat

porous sehingga melindungi logam yang dilapisi dari kontak dengan udara luar.

Korosi pada logam terjadi karena adanya aliran arus listrik dari satu bagian

ke bagian yang lain di permukaan logam. Aliran arus ini akan menyebabkan

hilangnya metal pada bagian dimana arus dilepaskan ke lingkungan (oksidasi atau

reaksi anoda). Proteksi terjadi di titik dimana arus kembali ke permukaan logam

(reaksi katoda). Terdapat empat unsur pokok yang harus dipenuhi agar korosi

dapat terjadi. Jika salah satunya hilang, maka korosi tidak dapat terjadi. Empat

unsur pokok tersebut antara lain:

Anoda, tempat terjadinya reaksi oksidasi.

Katoda, tempat terjadinya reaksi reduksi.

Elektrolit, lingkungan tempat katoda dan anoda ter-ekpose.

Sambungan logam, katoda dan anoda harus disambung dengan menggunaan

sambungan logam agar arus listrik dapat mengalir.

Gambar 2.4. Korosi logam Fe dan berubah menjadi oksidanya

18

2.3.2. Jenis-Jenis Korosi

Berdasarkan bentuk dan tempat terjadinya, korosi terbagi dalam beberapa

jenis antara korosi merata, korosi galvanik, korosi sumuran, korosi celah, korosi

intragranular, korosi selective leaching dan korosi erosi. Penjelasan lebih lanjut

tentang jenis-jenis korosi tersebut antara lain:

2.3.2.1. Korosi Merata

Korosi merata adalah korosi yang terjadi secara serentak di seluruh logam,

oleh karena itu pada logam yang mengalami korosi merata akan terjadi

pengurangan dimensi yang relatif besar per satuan waktu. Kerugian langsung

akibat korosi merata berupa kehilangan material konstruksi, keselamatan kerja

dan pencemaran lingkungan akibat produk korosi dalam bentuk senyawa yang

mencemarkan lingkungan. Sedangkan kerugian tidak langsung, antara lain berupa

penurunan kapasitas dan peningkatan biaya perawatan (preventive maintenance).

2.3.2.2. Korosi Galvanik

Korosi galvanik terjadi apabila dua logam yang tidak sama dihubungkan

dan berada di lingkungan korosif. Salah satu dari logam tersebut akan mengalami

korosi, sementara logam lainnya akan terlindung dari serangan korosi. Logam

yang mengalami korosi adalah logam yang memiliki potensial yang lebih rendah

dan logam yang tidak mengalami korosi adalah logam yang memiliki potensial

lebih tinggi.

2.3.2.3. Korosi Sumuran

Korosi sumuran adalah korosi lokal yang terjadi pada permukaan yang

terbuka akibat pecahnya lapisan pasif. Terjadinya koros sumuran ini diawali

dengan pembentukan lapisan pasif di permukaannya, pada antarmuka lapisan

pasif dan elektrolit terjadi penurunan pH, sehingga terjadi pelarutan lapisan pasif

secara perlahan-lahan dan menyebabkan lapisan pasif pecah sehingga terjadi

korosi sumuran. Korosi sumuran ini sangat berbahaya karena lokasi terjadinya

19

sangat kecil tetapi dalam, sehingga dapat menyebabkan peralatan atau struktur

patah mendadak.

2.3.2.4. Korosi Celah

Korosi celah adalah korosi lokal yang terjadi pada celah di antara dua

komponen. Mekanisme terjadinya korosi celah ini diawali dengan terjadi korosi

merata diluar dan didalam celah, sehingga terjadi oksidasi logam dan reduksi

oksigen. Pada suatu saat oksigen (O2) di dalam celah habis, sedangkan oksigen

(O2) di luar celah masih banyak, akibatnya permukaan logam yang berhubungan

dengan bagian luar menjadi katoda dan permukaan logam yang didalam celah

menjadi anoda sehingga terbentuk celah yang terkorosi.

2.3.2.5. Korosi Intragranular

Korosi intergranular adalah bentuk korosi yang terjadi pada paduan logam

akibat terjadinya reaksi antar unsur logam tersebut di batas butirnya. Seperti yang

terjadi pada baja tahan karat austenitik apabila diberi perlakuan panas. Pada

temperatur 425-815oC karbida krom (Cr-23 C-6) akan mengendap di batas butir.

Dengan kandungan krom dibawah 10%, di daerah pengendapan tersebut akan

mengalami korosi dan menurunkan kekuatan baja tahan karat tersebut.

2.3.2.6. Korosi Selective Leaching

Selective leaching adalah korosi yang terjadi pada paduan logam karena

pelarutan salah satu unsur paduan yang lebih aktif, seperti yang biasa terjadi pada

paduan tembaga-seng. Mekanisme terjadinya korosi selective leaching diawali

dengan terjadi pelarutan total terhadap semua unsur. Salah satu unsur pemadu

yang potensialnya lebih tinggi akan terdeposisi, sedangkan unsur yang

potensialnya lebih rendah akan larut ke elektrolit. Akibatnya terjadi keropos pada

logam paduan tersebut. Contoh lain selective leaching terjadi pada besi tuang

kelabu yang digunakan sebagai pipa pembakaran. Berkurangnya besi dalam

paduan besi tuang akan menyebabkan paduan tersebut menjadi porous dan lemah,

sehingga dapat menyebabkan terjadinya pecah pada pipa.

20

2.3.2.7. Korosi Erosi

Kombinasi antara fluida yang korosif dan kecepatan aliran yang tinggi

menyebabkan terjadinya korosi erosi, seperti yang terjadi pada pipa baja yang

digunakan untuk mengalirkan uap yang mengandung air.

2.3.3. Laju Korosi

Pengukura laju korosi dapat dilakukan dengan berbagai cara. Pengukuran

yang paling sederhana biasanya dilakukan dengan cara mengukur kehilangan

logam (berdasarkan perbedaan beratnya). Meskipun demikian beberapa metoda

pegukuran laju korosi yang dapat diterapkan antara lain adalah dengan mengukur

ion logam yang terdapat di lingkungan, mengukur konduktivitas lingkungan,

mengukur berat jenis lingkungan atau berdasarkan reaksi dengan metoda

elektrokimia.

Laju korosi dinyatakan dalam mpy (milli inch per year). Laju korosi dapat

dihitung dengan persamaan. Korosi sangat dipengaruhi oleh lingkungan misalnya

temperatur pH, oksigen, kecepatan fluida, dan zat-zat oksidator. Laju korosi juga

bergantung pada, konsentrasi reaktan, jumlah mula-mula partikel (massa) logam,

dan faktor mekanik seperti tegangan. Untuk menghitung laju korosi, terdapat dua

metode yang dapat digunakan antara lain metode kehilangan berat atau Weight

Gain Loss (WGL) dan metode elektrokimia.

=

1

1

(2.6)

Sugondo dkk, 2006

Dimana: = laju korosi (m/s)

w = kehilangan berat (kg/s)

= berat jenis (kg/m3)

A = luas sampel (m2)

t = waktu (s)

21

2.3.3. Kepekatan Korosi Pada Logam

Pada dua logam yang berbeda jika diberi cairan pengantar listrik

(elektrolit), maka akan mengakibatkan kerusakan (korosi) pada logam yang

kurang mulia menurut urutan tegangan elektrokimia, seperti ditunjukkan dalam

gambar.

Arah kerusakan akibat korosi +

(-) Logam yang kurang mulia 0 Logam yang mulia (+)

Gambar 2.5. Kerusakan akibat korosi pada logam

2.4. Titanium Tetraklorida (TiCl4)

Pencegahan korosi dengan memilih material dilakukan dengan

menggunakan material logam ataupun paduannya yang bersifat tahan korosi,

misalnya Titanium Tetraklorida. Secara kimia titanium adalah sebuah unsur kimia

dalam tabel periodik yang memiliki simbol Ti dan nomor atom 22. Titanium

merupakan logam transisi yang ringan, kuat, tahan korosi (termasuk tahan

terhadap air laut dan klorine dengan warna putih-metalik-keperakan. Titanium

digunakan dalam alloy kuat dan ringan (terutama dengan baja dan aluminum).

Titanium diminati karena memiliki banyak sifat unggul, keunggulannya

antara lain; massa jenis yang rendah, tahan temperatur tinggi, tahan karat dan

memiliki sifat biokompatibilitas yang tinggi dengan tubuh sehingga biasa juga

digunakan sebagai produk implan di tubuh. Titanium merupakan unsur

kesembilan terbanyak yang ada di permukaan bumi setelah aluminium, besi dan

magnesium. Logam titanium tidak pernah ditemukan sendirian, keberadaannya

selalu berkaitan dengan mineral lainnya seperti rutile, ilmenite, leucoxence,

anatase, brookite, perovskite, dan sphene yang ditemukan dalam titanat dan

Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Au

22

beberapa besi. Meterial yang mengandung titanium dan paling banyak ada di

bumi dan paling sering dimanfaatkan oleh manusia adalah rutile dan anatase

Rutile adalah bentuk paling stabil dari titania dan paling banyak ditemukan pada

sumber titanium.

Tabel 2.1. Perbandingan sifat rutile dan antase

Sifat Rutile Anatase

Bentuk kristal Tetragonal Tetragonal

Konstanta Kisi a (A) 4,58 3,78

Konstanta Kisi b (A) 2,5 9,49

Massa Jenis (g/cm3) 4,27 3,90

Indeks Bias 2,71 2,52

Kekerasan (VHN) 6,0-7,0 5,5-6,0

Titik leleh (oC) 1858 Berubah menjadi rutile

pada suhu tinggi

Gambar 2.6. Struktur antase dan rutile

Pada suhu ruang titanium memiliki struktur kristal heksagonal dan

memiliki kekerasan 6 skala mohs. Titanium memiliki massa jenis 4,51 g/cm3 serta

memiliki ultimate tensile strengths sekitar 63.000 psi, artinya kekuatan ini

23

sebanding dengan baja, namun 45% lebih ringan. Massa titanium 1,6 kali lebih

besar dari aluminium, tetapi dua kali lebih berat. Kurangnya pertumbuhan industri

titanium tidak lain disebabkan biaya pengolahan yang sangat tinggi. Titanium

tahan terhadap korosi bahkan lebih baik daripada stainless. Selain itu, titanium

juga tahan terhadap asam, gas klor dan garam inorganik. Titanium tahan terhadap

korosi karena ia membentuk lapisan oksida yang melindunginya agar tidak

teroksidasi lebih lanjut, namun tidak kehilangan kilapnya dalam temperatur

kamar. Dengan berbagai kelebihan yang dimilikinya baik secara fisik maupun

kimia, logam titanium banyak digunakan sebagai bahan baku industri.

Penggunaan sebagai bahan baku raket, perlengkapan golf, dan sepeda gunung

dalam industri alat-alat olahraga. Pipa dalam industri kimia dan petrokimia, serta

berbagai aplikasi pada industri otomotif, titanium bahkan digunakan dalam

industri perkapalan dan penerbangan luar angkasa.

Memproses titanium menjadi barang siap pakai juga merupakan hal yang

sangat sulit. Keunggulan titanium juga merupakan kelemahannya. Sifat titanium

yang tahan panas dan konduktivitasnya yang rendah menyulitkan untuk perlakuan

termal dalam memperoses titanium. Kekuatannya menyulitkan untuk perlakuan

mekanik. Hal inilah yang menyebabkan untuk memperoses titanium

membutuhkan biaya yang lebih besar daripada logam pada umumnya.

2.5. Metode Sol-Gel

2.5.1 Pengertian Sol-Gel

Sol adalah suspensi koloid yang fasa terdispersinya berbentuk solid

(padat) dan fasa pendispersinya berbentuk liquid (cairan). Suspensi dari partikel

padat atau molekul-molekul koloid dalam larutan, dibuat dengan metal alkoksi

dan dihidrolisis dengan air, menghasilkan partikel padatan metal hidroksida dalam

larutan, reaksinya adalah reaksi hidrolisis.

Gel (gelation) adalah jaringan partikel atau molekul, baik padatan dan

cairan, dimana polimer yang terjadi di dalam larutan digunakan sebagai tempat

pertumbuhan zat anorganik. Pertumbuhan anorganik terjadi di gel poin, dimana

24

energi ikat lebih rendah. Reaksinya adalah reaksi kondensasi, baik alkohol atau

air, yang menghasilkan oxygen bridge untuk mendapatkan metal oksida.

Metode sintesis menggunakan sol-gel untuk material berbasis oksida

berbeda-beda bergantung prekursor dan bentuk produk akhir, baik itu powder,

film, aerogel, atau serat. Seperti gambar di bawah ini:

Gambar 2.7. Diagram produk akhir dari sintesis sol gel

Struktur dan sifat fisik gel sangat bergantung pada beberapa hal, diantaranya :

Pemilihan bahan baku material

Laju hidrolisis dan kondensasi

Modifikasi kimiawi dari sistem sol-gel

Metode sol gel cocok untuk preparasi thin film dan material berbentuk

powder. Tujuan preparasi ini agar suatu material keramik dapat memiliki

fungsional khusus (elektrik, opik, magnetik, dan lain-lain). Metode sol gel

memiliki keuntungan antara lain:

Untuk partikel halus, rentang ukuran 0,1 sampai beberapa mikron

Mudah dalam kontrol komposisi (kehomogenan komposisi kimia baik)

Temperatur proses rendah

Biaya murah

25

Gambar 2.8. Diagram proses metode sol-gel

Metode sol-gel dikenal sebagai salah satu metode sintesis nanopartikel

yang cukup sederhana dan mudah. Metode ini merupakan salah satu wet

method karena pada prosesnya melibatkan larutan sebagai medianya. Pada

metode sol-gel, sesuai dengan namanya larutan mengalami perubahan fase

menjadi sol (koloid yang mempunyai padatan tersuspensi dalam larutannya) dan

kemudian menjadi gel (koloid tetapi mempunyai fraksi solid yang lebih besar

daripada sol).

2.5.2. Tahapan Metode Sol-Gel

Proses sol gel dapat terbagi menjadi dua kategori:

1. Aqueous-base processes yaitu dimulai dari larutan metal salf di dalam

pelarut air .

2. Alcohol-base processes yaitu dimulai dari larutan metal alkoxide di dalam

alkohol.

Pada Aqueous-base processes, pembentukan sol dicapai dengan hidrolisa dari

kation-kation metal.

Mn+

+ nH2O M(OH)n + nH+ (2.10)

Pada umumnya, reaksi dikendalikan dengan penambahan basa.

Pembentukan sol dapat juga dilakukan dengan menggunakan metode kondensasi

dan dispersi. Untuk kedua metode diatas menghasilkan fasa akhir yaitu sol yang

Katalis

Larutan

awal

Larutan dan

katalis

Pemisahan padatan

dengan larutan

Dipanaskan pada tempeatur tertentu

Selama beberapa jam kadang-kadang

juga di rebus

Karakterisasi

produk

26

distabilkan dengan permukaan yang bermuatan positif pada pH 3. Tahapan akhir

dari aqueous-based processes ialah gelation. Gelation dari sol ini dapat terjadi

dengan proses dehidrasi yaitu penghilangan kandungan air di dalam sol, atau

peningkatan pH. Sedangkan alcohol-based meliputi reaksi dengan metal alkoksi

dan kondensasi.

2.6. Karakteristik Lapisan TiCl4

2.6.1. Scanning Electron Microscopy (SEM)

SEM adalah sebuah instrumen berkekuatan besar dan sangat handal yang

dipadukan dengan EDX (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy) sehingga dapat

digunakan untuk memeriksa, observasi, dan karakterisasai struktur terkecil benda-

benda padat dari material organik maupun anorganik yang heterogen serta

permukaan bahan dengan skala mikrometer bahkan sampai sub-mikrometer yang

menggunakan sumber medan emisi dan mempunyai resolusi gambar 1,5 nm,

sehingga kita dapat menentukan sifat dari bahan yang diuji baik sifat fisis, kimia

maupun mekanis yang dapat mempengaruhi mutu dan kualitas dari suatu produk,

dengan demikian kita dapat mengembangkan produk tersebut melalui informasi

ukuran partikel dari mikrostruktur yang terbentuk dan komposisi unsurnya .

Bagian terpenting dari SEM adalah apa yang disebut sebagai kolom

elektron (elektron column) yang memiliki piranti-piranti sebagai berikut:

1. Pembangkit elektron (elektron gun) dengan filamen sebagai pengemisi

elektron atau disebut juga sumber iluminasi.

2. Sebuah sistem lensa elektromagnet yang dapat dimuati untuk dapat

memfokuskan atau mereduksi berkas elektron yang dihasilkan filamen ke

diameter yang sangat kecil.

3. Sebuah sistem perambah (scan) untuk menggerakan berkas elektron

terfokus tadi pada permukaan spesimen.

4. Satu atau lebih sistem deteksi untuk mengumpulkan hasil interaksi antara

berkas elektron dengan spesimen dan merubahnya ke sinyal listrik.

5. Sebuah konektor ke pompa vakum.

27

Untuk SEM, sinyal yang sangat penting adalah elektron sekunder dan

elektron terpantul karena kedua sinyal ini bervariasi sebagai akibat dari perbedaan

topografi permukaan manakala berkas elektron tersebut menyapu permukaan

sampel. Emisi elektron sekunder terkungkung pada volume di sekitar permukaan

di mana berkas elektron menumbuk, sehingga memberikan bayangan dengan

resolusi yang relatif tinggi. Penampakan tiga dimensi dari bayangan yang

diperoleh berasal dari kedalaman yang besar yang ditembus oleh medan SEM

seperti juga efek bayangan dari elektron sekunder. Sinyal-sinyal yang lain

berguna untuk keperluan karakterisasi yang lain.

Gambar 2.9. Skema SEM. Prinsip SEM sama dengan mikroskop optik, hanya

berbeda sumber cahayanya.

28

2.6.1.1. Elektron Terpantul (Backscattered Electron /BSE)

Jika elektron primer (elektron dari berkas yang datang) berinteraksi

dengan inti atom atau satu electron dari atom sample, electron primer ini dapat

dipantulkan ke suatu arah dengan mengalami sedikit kehilangan energi. Sebagian

dari beberapa elektron terpantul ini dapat saja mengarah keluar sampel sehingga,

setelah beberapa kali pantulan dapat dideteksi. Elektron terpantul ini lebih energik

dibandingkan dengan elektron sekunder meskipun sudah terpendam di dalam

sample masih dapat dipantulkan, oleh karena itu bila dibandingkan dengan

electron sekunder, sinal elektron terpantul tidak dapat memberikan informasi

tentang topografi sampel dan juga resolusi ruang pada sampel. Namun terdapat

keuntungan sebagai konpensasi antara satu sama yang lain. Jika nomor atom

dalam sampel semakin besar maka besar gaya pantulan inti positifnya lebih besar

sehingga elektron terpantul ini dapat memberikan informasi tentang komposisi

sampel.

SEM memiliki beberapa keunggulan, seperti kemampuan untuk

menggambar area yang besar secara komparatif dari spesimen, kemampuan untuk

menggambar materi bulk, dan berbagai mode analitikal yang tersedia untuk

mengukur komposisi dan sifat dasar dari spesimen. Tergantung dari instrumen,

resolusi dapat jatuh di suatu tempat diantara kurang dari 1 nm dan 20 nm.

Pembesaran gambar dari resolusi SEM yang tinggi dipengaruhi oleh besarnya

energi elektron yang diberikan. Semakin kecil panjang gelombang yang diberikan

oleh elektron, energinya semakin besar, sehingga resolusinya juga semakin tinggi.

Preparasi sampel pada SEM harus dilakukan dengan hati-hati karena

memanfaatkan kondisi vakum serta menggunakan elektron berenergi tinggi.

Sampel yang digunakan harus dalam keadaan kering dan bersifat konduktif

(menghantarkan elektron). Jika tidak, sampel harus dibuat konduktif terlebih

dahulu oleh pelapisan dengan karbon, emas, atau platina.

29

Gambar 2.10. Instrumentasi SEM

2.6.1.2. Elektron Sekunder (SE)

Pada SEM digunakan berkas elektron yang dibangkitkan dari filamen, lalu

diarahkan pada sampel. Untuk elektron yang energinya di bawah 50 KeV

berinteraksi langsung dengan elektron pada atom sampel di permukaan.

Akibatnya elektron-elektron yang ada ada di kulit terluar atom pada permukaan

sampel terlempar ke luar dan oleh detektor dikumpulkan dan dihasilkan gambar

topografi permukaan sampel. Oleh karena elektron sekunder memiliki kerapatan

yang tinggi sebelum mereka memperoleh kesempatan untuk menyebar, maka

electron sekunder ini memiliki resolusi ruang (spasial) yang tinggi dibandingkan

dengan signal yang lain yang mungkin timbul akibat interaksi berkas elektron ini

dengan sampel. Elektron sekunder membawa hanya sedikit informasi tentang

komposisi unsur dari sampel, namun bagaimanapun sensitivitas topografi dan

resolusi ruang yang tinggi mereka menyebabkan elektron sekunder ini dipakai

untuk memperoleh bayangan mikroskopik. Karena alasan sensitivitas topografi

inilah maka bayangan yang dihasilkan dari elektron sekunder sangat mudah

diinterpretasikan secara visual karena gambar yang dihasilkan sama dengan

lokasinya, itulah sebabnya lekuk-lekuk permukaan sampel dapat dilihat dengan

SEM.

30

2.6.2 X-Ray Diffraction (XRD)

Difraksi sinar-X digunakan untuk mengidentifikasi struktur kristal suatu

padatan dengan membandingkan nilai jarak d (bidang kristal) dan intensitas

puncak difraksi dengan data standar. Sinar-X merupakan radiasi elektromagnetik

dengan panjang gelombang sekitar 100 pm yang dihasilkan dari penembakkan

logam dengan elektron berenergi tinggi

Prinsip dasar dari XRD adalah hamburan elektron yang mengenai

permukaan kristal. Bila sinar dilewatkan ke permukaan kristal, sebagian sinar

tersebut akan terhamburkan dan sebagian lagi akan diteruskan ke lapisan

berikutnya. Sinar yang dihamburkan akan berinterferensi secara konstruktif

(menguatkan) dan destruktif (melemahkan). Hamburan sinar yang berinterferensi

inilah yang digunakan untuk analisis.

Gambar 2.11. Instrumentasi XRD

Difraksi sinar-X hanya akan terjadi pada sudut tertentu sehingga suatu zat

akan mempunyai pola difraksi tertentu. Pengukuran kristalinitas relatif dapat

dilakukan dengan membandingkan jumlah tinggi puncak pada sudut-sudut

tertentu dengan jumlah tinggi puncak pada sampel standar. Di dalam kisi kristal,

tempat kedudukan sederetan ion atau atom disebut bidang kristal. Bidang kristal

ini berfungsi sebagai cermin untuk merefleksikan sinar-X yang datang. Posisi dan

31

arah dari bidang kristal ini disebut indeks miller. Setiap kristal memiliki bidang

kristal dengan posisi dan arah yang khas, sehingga jika disinari dengan sinar-X

pada analisis XRD akan memberikan difraktogram yang khas pula.

Dari data XRD yang diperoleh, dilakukan identifikasi puncak-puncak

grafik XRD dengan cara mencocokkan puncak yang ada pada grafik tersebut

dengan database ICDD. Setelah itu, dilakukan refinement pada data XRD dengan

menggunakan metode Analisis Rietveld yang terdapat pada program RIETAN.

Melalui refinement tersebut, fase beserta sruktur, space group, dan parameter kisi

yang ada pada sampel yang diketahui.