13
KOROSI PADA LEMBARAN BAJA GALVANIS YANG DITEKUK DALAM LINGKUNGAN ASAM NITRAT Theodorus Sonny Putra Wicaksono 2009-041-012 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, UNIKA Atma Jaya, Jakarta, Indonesia E-mail: [email protected] Abstrak Baja Galvanis banyak digunakan pada industri manufaktur dalam lingkungan yang rentan terhadap korosi, misalnya industri mobil, industri konstruksi, dan industri peralatan rumah tangga. Adapun yang dimaksud dengan Baja Galvanis merupakan baja yang dilapisi dengan seng pada permukaannya, yang berfungsi meningkatkan ketahanan korosi baja. Pelat baja termasuk Baja Galvanis dalam aplikasinya tidak lepas dari proses pembentukan, salah satu proses pembentukan lembaran yang banyak digunakan yaitu proses tekuk. Proses tekuk akan memberikan distribusi tegangan sisa tarik dan tekan pada pelat yang tentunya memberikan pengaruh berbeda terhadap karakteristik lapisan. Permukaan luar tekukan Baja Galvanis bekerja tegangan sisa tarik yang dapat membuat lapisan seng menjadi retak, sedangkan bagian dalam bekerja tegangan sisa tekan yang cenderung membuat retakan menutup. Kedua kondisi tersebut bila berada pada suatu lingkungan yang korosif tentunya akan memberikan pengaruh yang berbeda pula. Dalam penelitian ini masalah tersebut hendak dijawab dengan melakukan pengujian Baja Galvanis yang ditekuk dan dilakukan pada lingkungan asam nitrat dengan berbagai konsentrasi, kemudian diamati secara makrostruktur dengan menggunakan stereo microscope untuk mengetahui retakan dari lapisan sengnya, dan dihitung laju korosinya dengan metode pengurangan berat. Baja Galvanis yang digunakan dalam penelitian merupakan Baja Galvanis komersial yang tersedia di pasaran dengan tebal 132, 94 μm. Berdasarkan

Makalah (Korosi Pada Lembaran Baja Galvanis Yang Ditekuk Dalam Lingkungan Asam Nitrat)

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Makalah (Korosi Pada Lembaran Baja Galvanis Yang Ditekuk Dalam Lingkungan Asam Nitrat)

KOROSI PADA LEMBARAN BAJA GALVANIS YANG

DITEKUK DALAM LINGKUNGAN ASAM NITRAT

Theodorus Sonny Putra Wicaksono2009-041-012

Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, UNIKA Atma Jaya, Jakarta, Indonesia

E-mail: [email protected]

Abstrak

Baja Galvanis banyak digunakan pada industri manufaktur dalam lingkungan yang rentan terhadap korosi, misalnya industri mobil, industri konstruksi, dan industri peralatan rumah tangga. Adapun yang dimaksud dengan Baja Galvanis merupakan baja yang dilapisi dengan seng pada permukaannya, yang berfungsi meningkatkan ketahanan korosi baja. Pelat baja termasuk Baja Galvanis dalam aplikasinya tidak lepas dari proses pembentukan, salah satu proses pembentukan lembaran yang banyak digunakan yaitu proses tekuk. Proses tekuk akan memberikan distribusi tegangan sisa tarik dan tekan pada pelat yang tentunya memberikan pengaruh berbeda terhadap karakteristik lapisan. Permukaan luar tekukan Baja Galvanis bekerja tegangan sisa tarik yang dapat membuat lapisan seng menjadi retak, sedangkan bagian dalam bekerja tegangan sisa tekan yang cenderung membuat retakan menutup. Kedua kondisi tersebut bila berada pada suatu lingkungan yang korosif tentunya akan memberikan pengaruh yang berbeda pula. Dalam penelitian ini masalah tersebut hendak dijawab dengan melakukan pengujian Baja Galvanis yang ditekuk dan dilakukan pada lingkungan asam nitrat dengan berbagai konsentrasi, kemudian diamati secara makrostruktur dengan menggunakan stereo microscope untuk mengetahui retakan dari lapisan sengnya, dan dihitung laju korosinya dengan metode pengurangan berat. Baja Galvanis yang digunakan dalam penelitian merupakan Baja Galvanis komersial yang tersedia di pasaran dengan tebal 132, 94 μm. Berdasarkan pengukuran tebal lapisan seng, terdapat ketidakseragaman tebal lapisan seng.Produk korosi dari lapisan seng menghasilkan endapan putih berupa seng oksida yang dapat meningkatkan berat dari baja Galvanis, namun dapat berfungsi juga sebagai lapisan lindung, sehingga mengurangi laju korosinya. Semakin tinggi konsentrasi asam nitrat dapat semakin meningkatkan laju korosi, hal ini disebabkan karena semakin banyak ion hidrogen yang terbentuk, sehingga logam seng lebih cepat untuk teroksidasi. Semakin kecil radius sudut tekuk dan tingkat konsentrasi dari asam nitrat dapat mengakibatkan permukaan tekuk daerah luar terserang stress corrosion cracking karena tegangan sisa tarik yang cenderung mempercepat perambatan retak, sedangkan permukaan tekuk daerah dalam retk cenderung menutup namun korosi sumuran cenderung terjadi. Berdasarkan data laju korosi selama 6 minggu, pelat Baja Galvanis yang digunakan sebagai sampel pengujian masuk dalam kelompok excellent karena memiliki ketahanan korosi yang baik, sehingga dapat digunakan di lingkungan yang memiliki pH rendah.

Kata kunci: Baja Galvanis, Korosi, Tekuk, Lingkungan Asam Nitrat.

Page 2: Makalah (Korosi Pada Lembaran Baja Galvanis Yang Ditekuk Dalam Lingkungan Asam Nitrat)

Abstract

Galvanized steel is widely used in the manufacturing industry where the environment is susceptible to corrosion, such as the car industry, construction industry, and the household appliances industry. The definition of Galvanized steel is steel coated with zinc on it’s surface, which improves the corrosion resistance of the steel. Sheet metal which includes Galvanized steel, on it’s application, cannot be separated from the forming process, one of which is the buckling process. Buckling process will provide tensile and compression residual stress distribution on the plate which affects the characteristics of the coating. Tensile residual stresses that work on the buckled outer surface of Galvanized steel can cause the zinc layer to crack, while the compression residual stresses causes cracks to close. When both of these conditions occur in a corrosive environment, different effects would occur. The purpose of this study is to solve the problems by doing an experiment on buckled Galvanized steel in a controlled environment where there are nitric acid of different concentrations, followed by macrostructure observation using stereo microscope to inspect crack on the zinc layer, and to calculate the rate of corrosion by using mass loss method. The type of Galvanized steel used in this study is has a thickness of 132,94 μm and is commercially available. Based on the measurements of zinc coating, the difference of thickness varies. The corrosion product of the zinc coating produces white rust in the form of zinc oxide which can increase the weight of the galvanized steel, but can also serve as a protection layer, thus reducing the corrosion rate. The higher the concentration of nitric acid will result in an increase of the rate of corrosion, this is because of more formation of hydrogen ion, which causes zinc metal to oxidize faster. The smaller the radius of bending angle and the concentration level of nitric acid can lead the buckled outer surface to incur stress corrosion cracking, due to tensile residual stresses accelerating the crack propagation process, whereas the buckled surface area crack tends to close whereas pitting corrosion tends to occur. Based on the 6 weeks experimental data of corrosion rate, Galvanized steel sheet used as test samples fall in the excellent group because it has excellent corrosion resistance, so it can be used in an environment with low pH value.

Keywords: Galvanized Steel, Corrosion, Bend, Environment Nitric Acid.

PENDAHULUAN

Dalam Aplikasinya, baja Galvanis dapat berbentuk lembaran, pipa, dan berbagai macam komponen konstruksi. Proses manufaktur merupakan proses pembentukan logam dengan memanfaatkan gaya, dapat berupa tarik, tekan, tekuk, dan puntir. Gaya tekuk diberikan untuk menekuk lembaran logam pada sudut tertentu, proses manufaktur yang memanfaatkan gaya tekuk dikenal sebagai proses tekuk. Pada saat

proses tekuk, Baja Galvanis dapat mengalami tegangan normal berupa tegangan tarik dan tegangan tekan pada daerah tekukan. Tegangan yang terjadi di daerah tekukan berpotensi menimbulkan awal retakan pada lapisan seng terutama di daerah tarikan. Awal retakan pada lapisan seng tentu saja akan menurunkan fungsi lapisan seng dalam meningkatan ketahanan

Page 3: Makalah (Korosi Pada Lembaran Baja Galvanis Yang Ditekuk Dalam Lingkungan Asam Nitrat)

korosi. Aspek keilmuan dari penelitian ini dititik beratkan pada fenomena korosi di daerah tekukan.

METODE PENELITIAN

Penelitian yang dilakukan menggunakan metode kaji eksperimental agar diperoleh fenomena korosi di daerah tekukan dan laju korosinya. Karakterisasi daerah tekukan dilakukan dengan pengamatan struktur mikro. Laju korosi diketahui dengan cara menimbang berat spesimen setiap 2 minggu sekali selama 6 minggu dan diketahui besarnya menggunakan persamaan pengurangan berat yang ditetapkan berdasarkan standar ASTM G1-03.

Material uji yang digunakan untuk eksperimen perhitungan laju korosi adalah baja Galvanis komersial yang tersedia di pasaran, dengan dimensi 50 mm x 6 mm x 0,8 mm. Baja Galvanis ditekuk dengan sudut yang bervariasi, yaitu 0°, 45°, 90°, dan 135°. Agar diperoleh data pengukuran yang akurat, maka setiap jenis spesimen dilakukan 5 kali pengukuran.

Larutan elektrolit yang digunakan pada eksperimen ini adalah larutan HNO3 dengan konsentrasi 0,5 M, 2,5 M, dan 5 M. Pembuatan larutan HNO3 dilakukan dengan

cara mencampur akuades dan HNO3 murni dengan volume total sebesar 200 mL. Perbandingan volume antara akuades dengan HNO3 diperlihatkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Perbandingan volume larutan HNO3

Konsentrasi (M)

Volume (mL)

Akuades HNO3

0,5 194,7 5,32,5 173,7 26,35 147,4 52,6

DATA DAN ANALISIS

Pengukuran Ketebalan Lapisan Seng. Lapisan seng dapat menghalangi baja bereaksi langsung dengan lingkungan asam nitrat, sehingga baja dapat terlindungi secara katodik dari serangan korosi. Ketebalan lapisan seng pada baja Galvanis diukur menggunakan stereo microscope, adapun ketebalan lapisan seng ditunjukkan pada Gambar 1. Tebal lapisan seng terukur 132,94 µm. Pengamatan struktur makro menunjukkan adanya ketidakseragaman tebal lapisan seng, hal ini boleh jadi disebabkan oleh ketebalan dan kekasaran permukaan logam baja yang dilindungi memang tidak rata, posisi pengangkatan pelat baja saat dikeluarkan dari leburan seng tidak tepat, serta waktu pencelupan yang terlalu lama sehingga lapisan seng menjadi lebih tebal.

Gambar 1. Struktur mikro daerah antar muka baja dan seng.

SengBaja

Page 4: Makalah (Korosi Pada Lembaran Baja Galvanis Yang Ditekuk Dalam Lingkungan Asam Nitrat)

Pengaruh Konsentrasi Asam Nitrat Terhadap Laju Korosi Baja Galvanis. Larutan asam nitrat sebagai sumber ion H+¿¿ yang sangat berperan dalam proses korosi. Semakin tinggi konsentrasi larutan asam nitrat, artinya larutan semakin bersifat asam, maka semakin tinggi pula jumlah ion H+¿¿. Semakin banyak jumlah ion H+¿¿ yang terbentuk, maka semakin cepat pula mereduksi logam yang terjadi pada proses korosi. Adanya reaksi reduksi tambahan pada katoda, maka dapat menyebabkan lebih banyak atom logam yang teroksidasi, sehingga dapat meningkatkan laju korosinya.

Laju korosi baja Galvanis di lingkungan asam nitrat selama 2 minggu, pada sudut tekuk yang bervariasi diberikan dalam grafik pada Gambar 2. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa hampir seluruh baja Galvanis mengalami kenaikan berat yang disebabkan karena terbentuk endapan berwarna putih yang bersifat keras. Endapan berwarna putih yang muncul pada permukaan baja Galvanis adalah seng oksida sebagai hasil reaksi antara seng dengan oksigen, Gambar 3. Seng oksida merupakan produk korosi dari seng yang sebenarnya masih berguna untuk melindungi baja dari korosi, tetapi ketika seluruh lapisan seng oksida habis akibat bereaksi dengan lingkungan maka yang terserang adalah bajanya. Pada lingkungan asam nitrat dengan konsentrasi 5 M, hanya baja Galvanis dengan sudut 0° yang mengalami pengurangan berat. Posisi peletakkan baja Galvanis secara datar memungkinkan baja Galvanis terkena serangan korosi secara seragam di seluruh permukaannya.

Gambar 2. Grafik pengaruh konsentrasi asam nitrat terhadap laju korosi pelat baja

Galvanis selama 2 minggu

Gambar 3. Seng oksida yang terbentuk pada

permukaan baja Galvanis.

Baja galvanis yang ditekuk dengan sudut tekuk 0°, 45°, dan 90° pada konsentrasi asam nitrat sebesar 5 M, mengalami kenaikan laju korosi yang signifikan pada waktu terekspos selama 4 minggu, Gambar 4. Korosi yang terjadi pada baja Galvanis berupa korosi galvanik, dimana logam seng bersifat lebih reaktif (anoda) dibandingkan dengan dengan logam baja (katoda). Perbedaan potensial antara anoda dan katoda mengakibatkan logam seng akan tereduksi oleh lingkungan membentuk seng oksida. Kenaikan laju korosi menandakan habisnya lapisan seng, sehingga terjadi reaksi elektrokimia secara langsung antara baja

Page 5: Makalah (Korosi Pada Lembaran Baja Galvanis Yang Ditekuk Dalam Lingkungan Asam Nitrat)

dengan asam nitrat yang membentuk besi oksida yang bersifat rapuh.

Gambar 4. Grafik pengaruh konsentrasi asam nitrat terhadap laju korosi pelat baja

Galvanis selama 4 minggu

Laju korosi pada baja Galvanis selama 6 minggu menunjukkan baja Galvanis yang berada pada lingkungan asam nitrat dengan konsentrasi 0,5 M dan 5 M, mengalami penurunan berat yang mengakibatkan meningkatnya laju korosi, Gambar 5. Untuk baja Galvanis yang berada pada lingkungan asam nitrat dengan konsentrasi 2,5 M tidak mengalami penurunan berat, namun justru terjadi peningkatan berat karena adanya endapan seng oksida sebagai hasil produk korosi dari seng yang cukup tebal pada permukaan baja Galvanis. Pada kelarutan 5 M, penurunan berat terjadi karena produk korosi seng yang sebenarnya terbentuk sudah mulai larut. Akibatnya baja Galvanis tidak lagi terlindungi, terlihat produk korosi baja berupa besi oksida berbentuk seperti gelembung-gelembung. Besi oksida tersebut dapat membentuk menjadi sebuah lapisan tipis sehingga memicu terjadinya korosi sumuran akibat terperangkapnya asam nitrat oleh lapisan besi oksida yang membuat

terbentuknya lubang pada permukaan baja yang terkorosi.

Gambar 5. Grafik pengaruh konsentrasi asam nitrat terhadap laju korosi pelat baja

Galvanis selama 6 minggu

Menurut Fontana, ketahanan korosi suatu logam ditentukan berdasarkan nilai laju korosinya seperti yang diperlihatkan pada Tabel 6. Laju korosi baja Galvanis dengan ketebalan lapisan seng sebesar 132,94 µm, yang berada pada lingkungan asam nitrat dengan konsentrasi 0,5 M, 2,5 M, dan 5 M, Tabel 7., masuk dalam kelompok excellent, artinya ketahanan korosi baja Galvanis dalam berbagai konsentrasi asam nitrat dan berbagai sudut tekuk dapat dikatakan baik.

Tabel 6. Ketahanan Korosi [1]

Relative Corrosion Resistance

mpy mm/y

outstanding <1 <0,02 excellent  1 – 5  0,02 – 100

good  5 – 20  100 – 500fair  20 – 50  500 – 1000

Page 6: Makalah (Korosi Pada Lembaran Baja Galvanis Yang Ditekuk Dalam Lingkungan Asam Nitrat)

Tabel 7. Laju Korosi Baja Galvanis di Lingkungan Asam Nitrat Selama 6 Minggu

0.5M 2.5Mlaju korosi

(mm/y)Sudu

tlaju korosi

(mm/y)Sudu

t0.024 0 -0.056 00.015 45 -0.04 450.014 90 -0.053 900.004 135 -0.025 135

5Mlaju korosi

(mm/y)Sudut

0.049 00.141 450.249 900.037 135

Pengaruh Sudut Tekuk Terhadap Laju Korosi. Perhitungan laju korosi pada berbagai konsentrasi larutan asam nitrat dengan sudut tekuk yang bervariasi diberikan pada Tabel 7, dan menurut Fontana masuk ke dalam kelompok excellent karena laju korosi berada di rentang 0,02-100 mm/y. Walaupun laju korosi di berbagai sudut tekuk nilainya bervariasi, tetapi dapat dijelaskan bahwa laju korosi tidak berpengaruh terhadap sudut tekuk, karena laju korosi dihitung terhadap pengurangan berat seluruh benda kerja pada waktu yang cukup singkat, 6 minggu. Tekukan akan berpengaruh pada munculnya awal retakan di daerah permukaan tekuk yang terkena beban tarik, yaitu daerah permukaan luar pelat. Perambatan retak akibat adanya tegangan sisa dan lingkungan yang korosif akan terjadi pada waktu yang lambat bahkan sangat lambat. Oleh karena itu pada pengamatan 6 minggu adanya

tekukan belum berpengaruh terhadap laju korosi. Tegangan sisa pada pelat baja Galvanis yang ditekuk terdiri dari tegangan sisa tarik yang bekerja di bagian luar pelat dan tegangan sisa tekan yang bekerja di bagian luar pelat. Tegangan sisa tekan dapat berperan dalam memperlambat perambatan retak, sehingga dapat meningkatkan umur lelah baja, sedangkan tegangan sisa tarik dapat menyebabkan terjadinya retak yang dapat terus merambat hingga baja mengalami stress corrosion cracking, Gambar 6.

Gambar 6. Tegangan sisa pada permukaan pelat

Lingkaran merah pada Gambar 7-9 menunjukkan retakan yang terjadi pada lapisan seng akibat tekukan di daerah tarikan, namun retakan tersebut belum sempat teramati pertambahan panjangnya dalam lingkungan korosif karena waktu ekspos yang singkat. Pada waktu ekspos yang lama atau sangat lama dapat menyebabkan terjadi stress corrosion cracking, yang menurunkan umur pakai pelat. Semakin besar sudut tekuk dan tingkat konsentrasi dari asam nitrat dapat mengakibatkan permukaan daerah tekuk pada baja Galvanis menjadi terserang korosi. Semakin besar sudut tekuk yang diberikan

Tegangan Sisa Tarik

Tegangan Sisa Tekan

Page 7: Makalah (Korosi Pada Lembaran Baja Galvanis Yang Ditekuk Dalam Lingkungan Asam Nitrat)

maka akan meningkatkan tegangan sisa tarik di daerah permukaan luar pelat, daerah tarikan, sehingga retakan lapisan seng makin lebar, namun belum berpengaruh terhadap laju korosinya karena waktu ekspos yang singkat.

Untuk bagian dalam pelat yang ditekuk, bekerja tegangan sisa tekan sehingga dapat menjaga lapisan seng untuk tidak retak. Stress corrosion cracking pada bagian dalam pelat baja Galvanis yang ditekuk lebih sulit terjadi jika dibandingkan dengan bagian luar pelat yang mengalami tegangan sisa tarik, tetapi akibat terpusatnya posisi daerah tekukan bagian dalam pelat, sehingga memungkinkan untuk mengalami korosi sumuran, karena asam nitrat menyerang bagian dalam pelat secara terpusat.

Gambar 7. Permukaan tekuk baja Galvanis di lingkungan asam nitrat konsentrasi 0,5 M.

Page 8: Makalah (Korosi Pada Lembaran Baja Galvanis Yang Ditekuk Dalam Lingkungan Asam Nitrat)

Gambar 8. Permukaan tekuk baja Galvanis di lingkungan asam nitrat konsentrasi 2,5 M.

Gambar 9. Permukaan tekuk baja Galvanis di lingkungan asam nitrat konsentrasi 5 M.

Page 9: Makalah (Korosi Pada Lembaran Baja Galvanis Yang Ditekuk Dalam Lingkungan Asam Nitrat)

SIMPULAN

Setelah melakukan eksperimen pengujian korosi pada baja Galvanis yang ditekuk selama 6 minggu dapat diambil beberapa hal yang dapat disimpulkan. Ketidakseragaman tebal lapisan seng disebabkan oleh ketebalan dan kekasaran permukaan logam baja dasar, posisi pengangkatan baja dari leburan seng, serta waktu pencelupan yang terlalu lama. Produk korosi dari lapisan seng menghasilkan endapan putih berupa seng oksida yang dapat meningkatkan berat dari baja Galvanis, namun dapat berfungsi juga sebagai lapisan lindung, sehingga mengurangi laju korosinya. Semakin tinggi konsentrasi asam nitrat dapat semakin meningkatkan laju korosi, hal ini disebabkan karena semakin banyak ion hidrogen yang terbentuk, sehingga logam seng lebih cepat untuk teroksidasi. Posisi peletakkan baja Galvanis berpengaruh terhadap laju korosi, seperti pada baja Galvanis dengan sudut 0° mengalami pengurangan berat yang cukup tinggi, dikarenakan terkena serangan korosi seragam di seluruh permukannya. Semakin

kecil radius sudut tekuk dan tingkat konsentrasi dari asam nitrat dapat mengakibatkan permukaan tekuk daerah luar terserang stress corrosion cracking dan permukaan tekuk daerah dalam terserang korosi sumuran. Pelat baja Galvanis yang digunakan sebagai sampel pengujian masuk dalam kelompok excellent karena memiliki ketahanan korosi yang baik, sehingga dapat digunakan di lingkungan yang memiliki pH rendah.

DAFTAR PUSTAKA

[1] ZALAS (1985): Hot Dip Galvanizing : A Practical Reference For Designers Specifiers Engineers Consultant Manufacturers and Users, Zinc and Lead Asian Service, Australia.

[2] Fontana, M.G., (1987): Corrosion Engineering, McGraw-Hill, New York.

[3] Jones, D.A., (1992): Principles and Prevention of Corrosion, Macmillan, New York.

[4] Kalpakjian, S., (2010): Manufacturing Engineering and Technology,

Prentice Hall, New York