PENGARUH PH LINGKUNGAN ASAM SULFIDA DAN AMONIA … · 2011-04-13 · Dalam lingkungan pH asam, korosi dalam kondisi. anodic-controlled. dan komposisi logam ... Pengaruh pH. Gambar

LOGO

PENGARUH PH LINGKUNGAN TERHADAP PERILAKU KOROSI STAINLESS STEEL

AISI 304 DAN AISI 316

JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI

Fakultas Teknologi Industri - ITS

Ujian Tugas Akhir

Oleh :

Hendra Adi Prasetya

NRP. 2706 100 042

Dosen Pembimbing :

Prof. Dr. Ir. Sulistijono, DEA

Dr. Hosta Ardhyananta, ST, M.Sc

Contents

1. Pendahuluan

2. Tinjauan Pustaka

3. Metodologi Penelitian

4. Hasil dan Pembahasan

5. Kesimpulan dan Saran

JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFTI -ITS

Latar Belakang

PERUBAHAN PH LINGKUNGAN

MEDIA ASAM ASETAT DAN AMONIA

KOROSI DAN PEMILIHAN MATERIAL

PENGARUH PH

LINGKUNGAN

TERHADAP

PERILAKU

KOROSI

STAINLESS STEEL

AISI 304 DAN AISI

316

LAJU

KOROSI

Bagaimana laju korosi AISI 304 dan

316 akibat pengaruh pH lingkungan

asam asetat dan amonia

PRODUK

KOROSI

Perumusan Masalah

Bagaimana produk korosi AISI 304

dan 316 akibat pengaruh pH

lingkungan asam asetat dan amonia


PERILAKUAKTIF-PASIF

Bagaimana perilaku aktif-pasif AISI

304 dan 316 pada berbagai pH

lingkungan asam asetat dan amonia

Batasan Masalah

1

Material yang digunakan dianggap homogen

2

Konsentrasi oksigen dalam masing-masing larutan dianggap sama dan konstan

3

Pengujian dilakukan dalam temperatur ruangan dan tekanan standar


Tujuan Penelitian

Mempelajari perilaku aktif-pasif stainlesssteel AISI 304 dan AISI 316 padaberbagai pH lingkungan asam asetat danamonia.

Mempelajari laju korosi stainless steelAISI 304 dan AISI 316 akibat pengaruhpH lingkungan asam asetat dan amonia.

Mempelajari produk korosi stainless steelAISI 304 dan AISI 316 akibat pengaruhpH lingkungan asam asetat dan amonia.


Manfaat Penelitian

dapat memperkaya kajian tentangperilaku korosi stainless steel terutamaaustenitic stainless steel tipe AISI 304dan AISI 316 sebagai alternatifpemilihan material pada berbagailingkungan terutama lingkunganbervariasi tingkat keasaman/pH.


Sistematika Penulisan

Laporan

Tugas Akhir

II

V

III

IV

IPendahuluan

Tinjauan Pustaka

Metodologi

Kesimpulan

dan Saran

Hasil dan

Pembahasan


Korosi Elektrokimia

Korosi didefinisikan sebagai perusakan atau penurunan kualitas material karena bereaksi dengan lingkungannya (Fontana, 1986).

Proses korosi pada umumnya sering berupa reaksi elektrokimia (Uhlig, 1985).

Gambar 2.1 Sel korosi basah sederhana (Trethewey, 1991)

Korosi yang terjadi akibat reaksi elektrokimia, melibatkan dua reaksi, yaitureaksi oksidasi dan reaksi reduksi.

Korosi elektrokimia atau korosi basah dapat terjadi jika terpenuhi empatkomponen penting (Trethewey, 1991) yaitu :

Adanya reaksi anoda

Adanya reaksi katoda

Hantaran ion melalui elektrolit

Hantaran elektron melalui logam

Pengaruh Lingkungan Terhadap Laju Korosi

Pengaruh Konsentrasi Elektrolit Konsentrasi media korosif berpengaruh terhadap laju korosi bergantung

dari jenis media tersebut dan jenis logam yang berada di media tersebut.

Gambar 2.2 Pengaruh konsentrasi media korosi terhadap laju korosi (Fontana, 1986).

Ni dalam NaOH

18Cr-8Ni dalam HNO3

A 18Cr-8Ni dan Fe dalam

H2SO4

B

Konsentrasi Media1 2

Laju Korosi


Pengaruh pH

Pengaruh pH terhadap korosi baja bergantung padakomposisi logam, tegangan, konsentrasi O2, dan tipeasam yang mengontrol pH.

Dalam larutan basa kuat, reaksi korosi dalam kondisianodic-controlled.

Dalam larutan basa lemah atau netral, laju korosidalam kondisi cathodic-controlled.

Dalam lingkungan pH asam, korosi dalam kondisianodic-controlled dan komposisi logammempengaruhi laju korosi secara ekstensif.

Tipe asam dalam larutan menentukan pH dimana lajukorosi meningkat pesat seiring dengan reaksi evolusihidrogen.


Pengaruh pH

Gambar 2.3 Hubungan pH dengan korosi baja karbon rendah (Uhlig, 1985).

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,008

0,009

+

+ +++

Awal evolusi H2

++

+

pH

Rata rata penetrasi

Spesifik-Inches/

Year/Year/mlO2/Liter


Pengaruh Temperatur

Secara umum kenaikan temperatur menyebabkankenaikan laju korosi, biasanya tiap kenaikan 100 Claju reaksi meningkat hampir dua kali lipat.

Perlu dicatat bahwa penurunan temperatur dibawahtitik embun (dew point) menyebabkan udara menjadijenuh uap air sehingga memungkinkan terjadinyatitik embun pada permukaan logam dan terjadikorosi lokal.

Sebaliknya tidak jarang pula pemanasan ruangandigunakan untuk mengurangi kelembaban, selamatemperatur tidak menjadi sebab utama korosi untukkondisi yang ada, karena temperatur bisa berakibatkenaikan laju korosi (Sulistijono, 1999).


Pengaruh Laju Aliran Elektrolit

Secara umum laju korosi meningkat seiring dengan kenaikan kecepatan media korosif kecuali untuk beberapa kondisi media korosif yang dikontrol oleh polarisasi aktivasi (media korosi yang spesies aktifnya tinggi) (Sulistijono, 1999).

Gambar 2.4 Hubungan kecepatan media korosi dengan laju korosi (Fontana, 1986)

Fe dalam H2SO4 pekat

Fe dalam H2SO4 encer

18Cr-8Ni dalam H2SO4

C

B

A

Kecepatan

Laju

Korosi

1 2

Fe dalam H2O + O2


Pengaruh Oksigen dan Agen Pengoksidasi

Ketika agen pengoksidasi ditambahkan pada suatu lingkungan korosif dan terdapat logam non pasif, maka laju korosi meningkat.

Gambar 2.5 Pengaruh konsentrasi oksigen dan agen pengoksidasi pada logam aktif-pasif (Fontana, 1986)


Mula-mula, logam M terkorosi di daerah aktif, ditandai di titik A.Kemudian konsentrasi agen pengoksidasi meningkat dari 1 ke 3,laju korosi juga meningkat dari A ke C.

Pada daerah ini (kurva 1 sampai dengan kurva 3), logam Mberperilaku seperti logam non-pasif dimana laju korosi menngkatseiring dengan meningkatnya konsentrasi agen pengoksidasi.Pada konsentrasi 4 (kurva 4) terjadi perubahan yang cepat padapotensial korosi yaitu dari titik D (aktif) ke titik G (pasif). Hal inimengikuti Teori Potensial Campuran yaitu keadaan setimbangditentukan oleh perpotongan antara oksidasi total dan lajureduksi.

Peningkatan konsentrasi agen pengoksidasi dari 4 ke 5,menunjukkan logam berada pada daerah pasif dan laju korosinyarendah (konstan).

Peningkatan konsentrasi selanjutnya menyebabkan perpotongandengan daerah transpasif sehingga laju korosi meningkat seiringmeningkatnya konsentrasi agen pengoksidasi, seperti pada kurva6 dan 7.

Pengaruh Oksigen dan Agen Pengoksidasi


Bentuk-Bentuk Korosi

Korosi Merata (Uniform Corrosion) Korosi merata merupakan korosi yang paling banyak terjadi pada logam

dan jenis korosi yang kurang berbahaya karena terjadi hanya padapermukaan saja sehingga menyebabkan pengurangan ketebalan logamtersebut.

Korosi Sumuran (Pitting Corrosion) Korosi sumuran adalah jenis korosi lokal.

Korosi ini sering terjadi di daerah-daerah yang tersembunyi karenacenderung terjadi di bawah deposit dan di dalam celah.

Korosi Celah (Crevice Corrosion) Korosi ini terjadi pada celah sempit antara 5-100 µm pada logam yang

berada di media korosif.

Perbedaan konsentrasi O2, dimana pada celah kekurangan oksigensehingga reaksi katodik terhalang akibatnya celah kelebihan ion positiflogam yang segera dinetralisir oleh ion negatif seperti klorida.

Korosi Batas Butir (Intergranular Corrosion) Korosi ini terjadi pada batas butir kristal logam (grain boundary).

Korosi ini biasa terjadi pada proses pengelasan, penggunaan temperaturtinggi dan lingkungan korosif.


Polarisasi

Polarisasi adalah penyimpangan potensial dari nilaipotensial korosi bebas. Besar polarisasi dinyatakandengan satuan overvoltage (η).

Polarisasi merupakan parameter korosi yang sangatpenting sehingga memungkinkan kita membuatpernyataan-pernyataan mengenai laju korosi(Trethewey, 1991).

Polarisasi aktivasi adalah reaksi elektrokimia yangdikendalikan oleh salah satu tahap siklus reaksielektrokimia yang terjadi pada interface logam danelektrolit.

Polarisasi konsentrasi adalah reaksi elektrokimiayang dikendalikan oleh proses difusi ion dalamelektrolit.


Pasivasi

Pasivasi adalah hilangnya reaktifitas kimia yang dialami olehlogam atau paduan tertentu pada lingkungan oksidator sedangsampai kuat (Fontana, 1986).

Terdapat lapisan film tipis dan transparan di permukaan logam.

Contoh logam yang memiliki sifat pasivasi adalah stainless steel,nikel dan sejumlah paduannya, titanium dan paduannya, sertaaluminium dan paduannya.

Gambar 2.6 Kurva polarisasi E/Log i untuk penggambaran daerah aktif-pasif

(www.corrosion-doctor.org)


Potential

Log Current Density

Hubungan Polarisasi dan Pasivasi

Kurva polarisasi digunakan untuk menggambarkan fenomenapasivasi logam.

Gambar 2.6 Kurva polarisasi E/Log i untuk penggambaran daerah aktif-pasif

(www.corrosion-doctor.org)

Potential

Log Current Density


Hubungan Polarisasi dan Laju Korosi

Perbedaan potensial antara katoda dan anoda sangat pentinguntuk menggambarkan terjadinya korosi. Tetapi hal ini belumdapat menggambarkan laju korosi sebenarnya.

Laju korosi dalam kurva polarisasi dinyatakan dengan adanya Ecorr

dan Icorr. Ecorr dan Icorr tidak bisa langsung didapatkan dalam kurvapolarisasi.

Tafel Analysis yaitu ekstrapolasi garis lurus pada daerah katodikdan anodik sehingga bertemu pada suatu titik.

Gambar 2.8 Classic Tafel Analysis (www.gamry.com)


http://www.gamry.com/

Perhitungan laju korosi dari Icorr dalam kurva polarisasi dihitungdengan cara (ASTM G102, 1999)

(2.11)

dimana :

CR = Laju Korosi (mm/yr) untuk Icorr (μA/Cm2)

K1 = 3.27 x 10-3 mm g/μA Cm

Icorr = Rapat arus saat Ecorr (exchange current density)

ρ = density (g/cm3)

EW = Equivalent Weight


Hubungan Polarisasi dan Laju Korosi

1. .corrK I EWCR

Perilaku Aktif-Pasif

Pasivasi dari suatu logam atau paduan menunjukkanperilaku khusus pada penambahan polarisasi anodik,seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.8.

Pada potensial karakteristik yang rendah dalam larutanasam teraerasi, laju korosi yang terukur dengan rapat arusanodik yang tinggi akan meningkat sejalan denganbertambahnya potensial pada daerah aktif.

Diatas Epp lapisan pasif menjadi stabil, laju korosiberkurang, di daerah pasif diperkirakan 106 kali lebihrendah daripada didaerah aktif pada Ic (Jones, 1996).

Apabila lapisan film berada pada potensial yang lebih tinggimaka lapisan akan pecah/rusak dan laju korosi bertambah.


Lingkungan Air

Surat Keputusan (SK) Menteri NegaraLingkungan Hidup No. 42 tahun 1996tentang baku mutu limbah cair bagikegiatan minyak dan gas serta panas bumi

Baku mutu air limbah kegiatan eksplorasi dan produksi minyak dan gas serta panas bumi


ParameterKadar maksimum (mg/L)

Darat Laut

COD 300 -

Minyak dan Lemak 35 75

Sulfida (sebagai H2S) 1 -

Amonia (Sebagai NH3) 10 -

Phenol Total 2 -

Temperatur 45oC -

pH 6.0-9.0

Stainless Steel

Stainless steel (baja tahan karat) adalah baja paduandengan kadar paduan tinggi (high alloy steel), dengan sifatistimewa yaitu tahan terhadap korosi di lingkungan air(aqueos media) dimana terdapat zat organik dan zatmineral yang agresif.

Sifat tahan karat diperoleh dari lapisan oksida (terutamakrom) yang sangat stabil yang melekat pada permukaandan melindungi baja terhadap lingkungan yang korosif.

Menurut Strukturnya, baja tahan karat dapat dibagimenjadi tiga kelompok, yaitu:

1. Baja tahan karat Martensitik (Martensitic Stainless Steel)

2. Baja tahan karat Ferritic (Ferritic Stainless Steel)

3. Baja tahan karat Austenitic (Austenitic Stainless Steel)


AISI 304 dan 316

Stainless steel AISI 304 dan AISI 316 termasuk pada kategoriaustenitic stainless steel.

Kelompok baja ini memiliki sifat shock resistant yang tinggi, danjuga sulit di machining.

Sifat tahan korosinya paling baik diantara ketiga jenis baja tahankarat.

Kekuatan pada temperatur tinggi dan scalling resistant sangatbaik.


Material Cr Mo Ni C Mn Si P S

AISI 316 16,48 2,1 10,70 0,045 1,40 0,51 0,021 0,012

AISI 304 18,85 - 9,47 0,055 1,42 0,53 0,017 0,010

Diagram Alir Penelitian

Data

Kesimpulan

Pemotongan Spesimen

Pemasangan kabel dan mounting

spesimen dengan resin

Spesimen digosok dengan kertas

abrasif grade 200 sampai 1200

Pembuatan Larutan Elektrolit

pH 4; 5; 5,5; 6; 7; 8; 8,5; 9;10

Uji Potensiostat

Uji Mikroskop Optis

Selesai

Analisis Data

Preparasi Spesimen,

Larutan Elektrolit dan

Peralatan

Uji X-Ray Diffraction

Mulai


Proses

1. Perilaku-

aktif-pasif

2. Laju

Korosi

3. Produk

korosi

1. Polarisasi

Potensiodinamik

2.Mikroskop Optik

3. XRD

SPESIMEN1. Pemotongan

2. Pemasangan

kabel dan

mounting

3. Polishing

LARUTAN1. Campuran asam

asetat dan amonia

2. pH 4; 5; 5,5; 6; 7;

8; 8,5; 9 dan 10

Preparasi Pengujian Hail dan Pembahasan


Peralatan

Jangka sorong dan penggaris

Kertas gosok grid 200, 400, 800, 1000 dan 1200

Gergaji besi

Gelas ukur

Cetakan moulding

Tang

Palu

Kompor listrik

Multimeter

Ruang Asam

Sendok berbahan dasar plastik

Solder

Pipet

pH meter

Kamera Digital

Peralatan Pengujian Mikroskop Optik

Peralatan Pengujian XRD (X-Ray Diffraction)

Peralatan pengujian polarisasi potensiodinamik.


Bahan

Material

Spesimen yang digunakan adalah stainless steel AISI 304dan AISI 316 berbentuk silinder berdiameter 12mmdengan ketebalan ± 5mm.

Elektrolit

Larutan elektrolit yang digunakan adalah asam asetat danamonia dengan komposisi tertentu sehingga dihasilkanlarutan elektrolit dengan pH sebesar 4; 5; 5,5; 6; 7; 8; 8,5;9 dan 10.

Resin, katalis dan grease untuk pembuatan moulding

Kabel tembaga

Aquades

Aquades, bubuk agar-agar dan padatan KCl untukpembuatan jembatan garam.


Pengujian

Polarisasi Potensiodinamik Elektroda Kerja


Material Cr Mo Ni C Mn Si P S

AISI 316 16,48 2,1 10,70 0,045 1,40 0,51 0,021 0,012

AISI 304 18,85 - 9,47 0,055 1,42 0,53 0,017 0,010

Stainless Steel

AISI

Element/Oxidation

State

Density

(g/cm3)Equivalent Weight

304 Fe/2, Cr/3, Ni/2 7,9 25,12

316Fe/2, Cr/3, Ni/2,

Mo/38,0 25,50

Polarisasi Potensiodinamik

Elektroda Bantu

Elektroda Acuan




2

1

3

54

6

3

1

2



Parameter

AISI

304 316

Initial E (V) - 0,5 - 0,5

Final E (V) 0,5 0,5

Scan Rate (mV/s) 1,67 1,67

Density (g/cm3) 7,9 8

Equivalent Weight 25,12 25,5

Sample Period (s) 5 5

Sample Area (cm2) 1,13 1,13

Mikroskop Optik dan XRD



Kurva Polarisasi Potensiodinamik AISI 304

Kurva Polarisasi Potensiodinamik AISI316

Kecenderungan yang terdapat pada kedua kurva di atas :

pH bertambah - kurva bergeser ke kiri,

berarti besar arus yang terbaca oleh potensiostat semakin kecildengan perubahan potensial yang sama.

Hal ini akan berpengaruh pula pada besar laju korosi yang didapatkan menggunakan persamaan 2.11 dengan masukan data Icorr dari kurva polarisasi potensiodinamik.


BAB 4.docx

BAB 4.docx

BAB 4.docx

BAB 4.docx

BAB 4.docx

BAB 4.docx

BAB 4.docx

BAB 4.docx

BAB 4.docx

BAB 4.docx

BAB 4.docx

BAB 4.docx

BAB 4.docx

BAB 4.docx

Laju Korosi

Laju korosisemakin tinggidenganmenurunnyapH.

Laju korosiAISI 304 lebihtinggidibandingkanAISI 316


0.000001

0.00001

0.0001

0.001

0.01

0.1

1

34567891011

Laju

Ko

ro

si (m

m/

yr)

pH

AISI 304

AISI 316

Kinetika Korosi


e-

e-e-

e-

H+

H+H+

H+

H+

H+

e-

A K

- Semakin besar arus yang

mengalir maka aliran elektron

semakin besar.

- Semakin rendah pH maka H+

yang terdapat dalam larutan

elektrolit semakin banyak.

- Maka evolusi hidrogen akan

semakin banyak terjadi

sehingga pad anoda akan

semakin terkorosi.

Mikroskop Optik


Pinggir Tengah

AISI 304Pinggir Tengah

AISI 316

-Korosi yang terbentuk adalah korosi merata dan korosi sumuran.

- Korosi yang terjadi pada AISI 304 relatif lebih banyak dibandingkan AISI 316

Korosi Sumuran

X-Ray Diffraction


: Ni-Cr-Fe

: (Fe,Ni)

: 43,57381: 50,72970; dan 74,61647

: 44, 57179: 64,65752: dan 82,15807

2θ

counts

Kesimpulan1. Daerah pasivasi stainless steel AISI 316 lebih lebar dibanding

AISI 304 untuk semua pH larutan asam asetat dan ammonia, yang berarti pasivasi AISI 316 lebih baik.

2. Laju korosi AISI 304 lebih cepat dibanding AISI 316 padaberbagai pH dan didapatkan laju korosi tertinggi adalah AISI 304 dalam larutan asam asetat dan ammonia pada pH 4 dengan nilai0,052 mm/yr, sedangkan laju korosi terendah adalah pada AISI 316 pada pH 10 dengan nilai 0,00000131 mm/yr.

3. Produk korosi yang dihasilkan banyak tersebar di daerah bagianpinggir logam, baik AISI 304 dan AISI 316. Bentuk korosiyangterjadi adalah korosi sumuran (pitting corrosion) dan korosimerata.

Saran1. Perlu dilakukannya pengujian imersi untuk menentukan laju

korosi dengan metoda weight loss sebagai pembanding.

2. Perlu dilakukannya pengujian imersi dalam waktu yang cukupuntuk pengujian XRD mengetahui produk korosi yang terbentuk


Daftar PUstaka

American Standard Testing and Material G 1 – 03 Standard Practice for Preparing, Cleaning, and Evaluating Corrosion Test Specimens.

American Standard Testing and Material G 102-89 Standard Practice for Calculation of Corrosion Rates and Related Information from Electrochemical Measurements.

Azzerri, N., Mancia, F., Tamba, A. 1982. “ Electrochemical Prediction of Corrosion Behaviour of Stainless Steels in Chloride-Containing Water”. Corrosion Science 22, 7: 675-687.

Chandler, Kenneth A. 1985. Marine and Offshore Corrosion. London : Butterworths.

Degremont Company. 1979. Water Treatment Handbook, 5th edition. New York : John Wiley & Sons, Inc.

Fontana, Mars G. 1986. Corrosion Engineering, 3rd edition. Singapore : McGraw Hill International Edition.


Halimatuddahliana. 2003. Pencegahan Korosi dan Scale pada ProsesProduksi Minyak Bumi. Medan : Universitas Sumatera Utara.

Jones, Denny. 1996. Principle and Prevention of Corrosion. New York : Macmillan Publishing Company.

Kelly, Robert G. and Scully, John R. 2003. Electrochemical Techniques in Corrosion Science and Engineering. New York : Marcel Dekker, Inc.

Marcus, P and Oudar, J. 1995. Corroion Mechanism in Theory and Practice. New York : Marcel Dekker, Inc.

Roberge, Pierre R. 2007. Corrosion Inspection and Monitoring. New Jersey : JohnWiley & Sons, Inc.

Schweitzer, Philip A. 1987. What Every Engineer Should Know About Corrosion. New York and Bassel : Marcel Dekker, Inc.

Shreir, R. A. 1995. Corrosion Metal/Environmental Reactions. Oxford : Butterworth Heinemann, Ltd.


Stainless Steel Org. October 2009. Aplication of Stainless Steel AISI 304 in the World, <URL: http://www. www.worldstainless.org>

Suherman, Wahid. 1999. Ilmu Logam II. Surabaya : Fakultas TeknologiIndustri, ITS.

Sulistijono. 1999. Diktat Kuliah Korosi. Surabaya : Fakultas TeknologiIndustri, ITS.

Talbot, David E. J. 2007. Corrosion Science & Technology, 2nd edition. United States Of America : CRC Press Taylor&Francis Group.

Trethewey, K.R dan J.Chamberlain.1996. Corrosion for Science and Engineering. 2nd edition. UK: Harlow: Longman.

Uhlig, Herbert H. 1985. Corrosion and Corrosion Control. New York: John Wiley & Sons.

Widharto, Sri. 2001. Karat dan Pencegahannya. Jakarta : PT. PradnyaParamita.


http://www.worldstainless.org/

Yang, Lietai. 2008. Techniques For Corrosion Monitoring. Cambridge : Woodhead Publishing Limited.

Zhang, G. A. and Cheng, Y. F. 2009. “Corrosion of X65 steel in CO2-saturated oilfield formation water in the absence and presence of acetic acid”. Elsevier. 51, 1589-1595.

www.corrosion-doctors.org

www.gamry.com

www.themegallery.com

LOGO

JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI

Fakultas Teknologi Industri - ITS

Documents

PENGARUH PH LINGKUNGAN ASAM SULFIDA DAN AMONIA … · 2011-04-13 · Dalam lingkungan pH asam, korosi dalam kondisi. anodic-controlled. dan komposisi logam ... Pengaruh pH. Gambar