PENGUJIAN KOROSI HASIL SINTESIS PELAPISAN Cu DENGAN VARIASI WAKTU ELEKTROLISIS MENGGUNAKAN METODE ELEKTRODEPOSISI

 Latar Belakang

Seiring dengan pesatnya perkembangan teknologi saat ini, banyak barang-barang yang diciptakan oleh manusia dimana semua barang tersebut banyak yang terbuat dari logam. Barang-barang dari logam ini memerlukan sentuhan akhir atau finishing agar terlihat lebih menarik, tahan lama, dan memiliki ketahanan terhadap korosi atau karat. Hal ini dikarenakan korosi berakibat pada penurunan mutu dan daya guna serta menimbulkan kerugian dari segi biaya perawatan. Korosi tidak dapat dicegah namun dapat dikendalikan. 

Salah satu cara dari finishing logam adalah dengan elektroplating. Elektroplating merupakan teknik pelapisan secara elektrodeposisi, yaitu proses pengendapan pelapis logam secara elektrokimia. Pelapisan logam itu sendiri dapat berupa lapis seng atau zinc, perak, emas, tembaga, nikel, krom, dan sebagainya. Saat ini, sudah banyak sekali industri elektroplating yang berkembang, misalnya industri yang mengerjakan pelapisan bagian-bagian mesin kendaraan, seperti swing arm, tromol, dan bagian-bagian mesin lainnya.

Pada eksperimen ini, peneliti tertarik untuk melapisi baja menggunakan tembaga. Baja disini merupakan katoda, sedangkan tembaga (Cu) adalah anoda. Larutan elektrolit yang digunakan haruslah mengandung spesi ion logam penyepuh. Maka dari itu, digunakan CuSO4 sebagai larutan elektrolit. Peneliti disini akan menggunakan variasi waktu elektrolisis, yaitu 60, 90, dan 120 sekon untuk melihat pengaruh variasi waktu pelapisan Cu pada baja.

 Tembaga (Cu)

Tembaga adalah unsur kimia dengan simbol Cu dengan nomor atom 29, yang diketemukan sebagai bijih tembaga yang masih bersenyawa dengan zat asam, asam belerang atau bersenyawa dengan kedua zat tersebut. Tembaga adalah logam merah muda yang lunak, dapat ditempa, dan liat. Logam ini termasuk logam berat non ferro (logam dan paduan yang tidak mengandung Fe dan C sebagai unsur dasar) yang memiliki sifat penghantar listrik dan panas yang tinggi, keuletan yang tinggi dan sifat tahanan korosi yang baik. 

Sifat lunak tembaga dapat dijelaskan oleh konduktivitas listriknya yang tinggi dan oleh karena itu juga mempunyai konduktivitas termal yang tinggi (kedua tertinggi) di antara semua logam murni pada suhu kamar. Tembaga tidak bereaksi dengan air, namun bereaksi perlahan dengan oksigen dari udara membentuk lapisan coklat-hitam tembaga oksida. Tembaga biasanya digunakan dalam bentuk logam murni, tetapi ketika dibutuhkan tingkat kekerasan lebih tinggi maka biasanya dicampur dengan elemen lain.

Berikut ini juga ditunjukkan tabel kriteria ciri-ciri umum dan sifat fisika dari tembaga.

Baja

Menurut komposisi kimianya, baja dapat dibagi menjadi dua kelompok besar yaitu : baja karbon dan baja paduan. Baja karbon bukan berarti baja yang sama sekali tidak mengandung unsur lain, selain besi dan karbon. Baja karbon mengandung sejumlah unsur lain tetapi masih dalam batas–batas tertentu yang tidak berpengaruh terhadap sifatnya. Unsur–unsur ini biasanya merupakan ikatan yang berasal dari proses pembuatan besi atau baja seperti mangan, silikon, dan beberapa unsur pengotor seperti belerang, oksigen, nitrogen, dan lain-lain yang biasanya ditekan sampai kadar yang sangat kecil. Baja dengan kadar mangan kurang dari 0,8%, silikon kurang dari 0,5% dan unsur lain sangat sedikit, dapat dianggap sebagai baja karbon. Mangan dan silikon sengaja di tambahkan dalam proses pembuatan baja sebagai deoxidizer atau mengurangi pengaruh buruk dari beberapa unsur pengotor. 

Baja paduan dihasilkan dengan biaya yang lebih mahal dari pada baja karbon karena bertambahnya biaya untuk penambahnya yang khusus yang dilakukan dalam industri atau pabrik. Baja paduan didefinisikan sebagai suatu baja yang dicampur dengan satu atau lebih unsur campuran, seperti nikel, kromium, molibden, vanadium, mangan atau wolfram yang berguna untuk memperoleh sifat-sifat yang di kehendaki (kuat, keras, dan liat), tetapi unsur karbon tidak di anggap sebagai salah satu unsur campuran.

Elektrolisis

Elektrolisis yaitu peristiwa penguraian atas suatu larutan elektrolit yang telah dialiri oleh arus listrik searah. Sedangkan sel dimana terjadinya reaksi tersebut disebut sel elektrolisis. Sel elektrolisis terdiri dari larutan yang dapat menghantarkan listrik yang disebut elektrolit dan dua buah elektroda. Pada elektrolisis, katoda bermuatan negatif sedangkan anoda bermuatan positif. Elektrolisis terdiri atas zat yang dapat mengalami ionisasi (larutan elektrolit), elektroda, dan sumber listrik. Mula-mula aliran listrik dialirkan dari kutub negatif baterai ke katoda yang bermuatan negatif. Larutan elektrolit akan terionisasi menjadi kation dan anion. Selanjutnya, kation di katoda akan mengalami reduksi. Di anoda, anion akan mengalami oksidasi. Hal ini seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.

Kegunaan elektrolisis yaitu pada produksi zat. Banyak zat kimia yang diproduksi melalui elektrolisis seperti logam-logam alkali, magnesium, aluminium, fluorin, klorin, natrium, dan lainnya. Selain itu, digunakan pada pemurnian logam dan penyepuhan. Penyepuhan digunakan untuk melindungi logam terhadap korosi, atau untuk memperbaiki penampilan. Pada penyepuhan, logam yang akan disepuh dijadikan katoda, sedangkan logam penyepuh sebagai anoda. Kedua elektroda harus dicelup kedalam larutan garam dari logam penyepuh.

Elektroplating

Elektroplating merupakan teknik pelapisan secara elektrodeposisi, yaitu proses pengendapan pelapis logam secara elektrokimia. Elektroplating juga dapat diartikan sebagai proses pengendapan ion-ion logam pada katoda dengan cara elektrolis. Terjadinya endapan karena ion-ion bermuatan listrik berpindah dari katoda melalui elektrolit yang akan mengendap pada anoda. Reaksi yang terjadi pada proses ini adalah reaksi reduksi maupun oksidasi yang berlangsung secara terus menerus menuju arah tertentu secara tetap. Cara pelapisan ini memerlukan arus listrik searah (DC). Bila listrik mengalir antara anoda dan katoda didalam larutan konduktor atau larutan elektrolit, maka akan terjadi reaksi kimia pada permukaan logam tersebut. Pada sistem demikian, bila diberi tegangan atau beda potensial, ion-ion bergerak menuju elektroda. Kation bergerak menuju katoda dan anion menuju anoda. Kelebihan dan kekurangan elektroplating adalah sebagai berikut.

Korosi

Korosi berasal dari bahasa latin “Corrodere” yang artinya perusakan logam atau berkarat. Definisi korosi adalah proses degradasi atau deteorisasi atau perusakan material yang terjadi disebabkan oleh lingkungan sekelilingnya. Sebagai contoh rusaknya cat karet karena sinar matahari atau terkena bahan kimia, dan mencairnya lapisan tungku pembuatan baja. Adapun definisi korosi dari pakar lainnya yaitu proses elektrokimia dalam mencapai kesetimbangan termodinamika suatu sistem.  Sistem termodinamika logam dengan lingkungan (air, udara,dan tanah) yang berusaha mencapai keseimbangan. Sistem ini dikategorikan setimbang bila logam telah membentuk oksida atau senyawa kimia lain yang lebih stabil.

Alat dan Bahan

Skema Penelitian

Hasil Penelitian

Massa sebelum dan sesudah Elektrodeposisi

Pengujian Korosi

Pembahasan

Pada eksperimen, substrat yang digunakan adalah kawat baja (katoda). Sedangkan, pelapisnya adalah kawat tembaga (anoda). Sebelum melakukan elektrodeposisi, substrat dan pelapis haruslah diamplas. Tujuannya yaitu untuk menghaluskan permukaan kawat setelah dipotong dengan tang. Proses pembersihan pada sampel (pelapis + substrat) pun merupakan hal yang perlu diperhatikan. Pembersihan pada eksperimen ini dilakukan dengan metode emulsion dan alkaline cleaning. Emulsion cleaning merupakan metode pembersihan yang dilakukan dengan menggunakan larutan dasar organik, seperti detergen atau emulsier. Peneliti disini mencuci sampel dengan deterjen. Alkaline cleaning merupakan metode pembersihan yang dilakukan menggunakan larutan alkali. Pada eksperimen ini digunakan Alkohol 96%. Tujuan dari pembersihan ini yaitu untuk membersihkan sampel dari kotoran atau minyak sebelum melakukan eksperimen.

Larutan elektrolit yang digunakan pada eksperimen adalah CuSO4 0,2 M. Yang perlu diperhatikan dalam metode elektrodeposisi yaitu larutan elektrolit yang digunakan harus mengandung spesi ion logam penyepuh, dalam hal ini tembaga (Cu). Untuk membuat larutan CuSO4 0,2 M diperlukan 200 mL aquades dan 6,38 gram serbuk CuSO4. Eksperimen (metode elektrodeposisi) dilakukan dengan tegangan dan arus tetap masing-masing yaitu 3 volt dan 3,5 A. Tujuan dari metode elektrodeposisi ini yaitu untuk menjaga kualitas suatu produk dan menjaga ketahanan logam terhadap korosi. Arus listrik yang digunakan adalah arus listrik searah (DC). Ketika diberi aliran listrik, maka elektron bergerak dari kutub (-) sumber arus ke katoda dan pada katoda terjadi reaksi reduksi. Di anoda terjadi reaksi oksidasi dan elektron mengalir menuju ke sumber arus listrik. Ion (+) bergerak menuju ke kutub (-) dan ion (-) menuju kutub (+), molekul pelarut bebas tempatnya ada di anoda maupun katoda. Pada percobaan, digunakan variasi waktu elektrolisis yaitu sebesar 60, 90, dan 120 sekon. Berikut ini grafik hasil penelitian, baik sebelum dan sesudah elektrodeposisi.

Gambar 2. Massa yang Mengendap Pada Baja

Gambar 3. Massa yang Mengendap Pada Tembaga

Jika dilakukan menggunakan perhitungan matematis hubungan antara arus listrik dan massa zat yang dihasilkan sesuai yang dikemukakan oleh Michael Faraday melalui Hukum I Faraday, yang menyatakan bahwa massa zat yang diendapkan atau dilarutkan sebanding dengan muatan yang dilewatkan dalam sel dan massa molar zat tersebut. Secara matematis yaitu sebagai berikut.

Pengujian korosi dilakukan menggunakan H2SO4 98% selama 1 jam. Tujuan dari uji korosi ini adalah untuk mengetahui ketahanan baja terhadap korosi setelah diberikan bermacam-macam variasi waktu elektrolisis. Semakin lama waktu elektrolisis atau waktu pelapisan, maka permukaan substrat akan semakin tebal. Akibatnya, substrat menjadi tahan terhadap terhadap korosi (terbukti dari hasil uji korosi pada Tabel 4) atau ditunjukkan pada Gambar 4 di bawah ini.

Gambar 4. Hasil Pengujian Korosi

Kesimpulan dan Saran

Dari eksperimen yang dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa.

1. Elektrodeposisi merupakan proses pengendapan ion-ion logam pada katoda dengan cara elektrolis.
2. Elektrodeposisi bertujuan untuk menjaga kualitas dan ketahanan logam terhadap korosi.
3. Semakin lama waktu elektrolisis atau waktu pelapisan, maka permukaan substrat akan semakin tebal. Akibatnya, substrat menjadi tahan terhadap terhadap korosi.

Dari eksperimen yang dilakukan, peneliti menyarankan bagi rekan-rekan yang ingin melakukan penelitian yang sama agar.

1. Tidak lupa membersihkan sampel yang digunakan sebelum melakukan proses pelapisan (elektrodeposisi).
2. Mengecek kabel-kabel yang digunakan sebelum melakukan proses pelapisan (elektrodeposisi).
3. Berhati-hati saat melakukan uji korosi karena larutan asam yang digunakan berbahaya.

Daftar Pustaka

Afriany, Reny dkk. 2012. Pengaruh Konsentrasi Larutan dan Waktu Pelapisan Nikel Pada Alumunium Terhadap Kekerasan. Yogyakarta : UGM.

Basmal dkk. 2012. Pengaruh Suhu dan Waktu Pelapisan Tembaga-Nikel Pada Baja Karbon Rendah Secara Elektroplating Terhadap Nilai Ketebalan dan Kekerasan. Semarang : UNDIP.

Mustopo, Yogik Dwi. 2011. Pengaruh Waktu Terhadap Ketebalan dan Adhesivitas Lapisan Pada Proses Elektroplating Khrom Dekoratif Tanpa Lapisan Dasar, Dengan Lapisan Dasar Tembaga, dan Tembaga-Nikel. Surakarta : UNS.

Suarsana, I Ketut. 2008. Pengaruh Waktu Pelapisan Nikel Pada Tembaga Dalam Pelapisan Khrom Dekoratif Terhadap Tingkat Kecerahan dan Ketebalan Lapisan. Bali : Udayana.

Sutomo dkk. Tanpa Tahun. Pengaruh Arus dan Waktu Pada Pelapisan Nikel Dengan Elektroplating Untuk Bentuk Plat. Semarang : UNDIP.

Viktor, Malau dan Nelson Seleman Luppa. 2011. Pengaruh Variasi Waktu dan Konsentrasi Larutan NaCl Terhadap Kekerasan dan Laju Korosi Dari Lapisan Nikel Elektroplating Pada Permukaan Baja Karbon Sedang. Yogyakarta : UGM.

Lampiran

Simulasi Matlab