Pengaruh Konsentrasi NaCl Terhadap Ketahanan
Korosi Lapisan HasilHot Dip Galvanizing Pada
Cold Rolled Steel AISI 1020
Oleh
Fitria Indah Nur Aini (2706 100 012)
Dosen Pembimbing:
Prof. Dr. Ir. Sulistijono, DEA
Dr. Diah Susanti, ST, MT.
Sidang Laporan Tugas Akhir
• Abstrak
Berbagai bidang kehidupan tidak lepas dari penggunaan logam, terutama baja. Tidak sedikitbaja-baja tersebut mengalami proses pembentukan logam yang berkaitan denganperubahan dimensi dan ukuran. Proses pembentukan dapat dilakukan denganpengerjaan dingin (cold work). Deformasi plastis yang terjadi meninggalkan tegangansisa. Penempatan komponen baja harus diperhatikan, terutama pada lingkungan ber ion (Cl-,) dalam hal ini adalah garam (NaCl). Pengaruh lingkungan dengan ion Cl- akanmenyebabkan korosi baja. Kerugian yang diakibatkan korosi dapat dikurangi denganproses pelapisan logam dengan logam lain yang lebih anodik. Salah satunya adalah Hot Dip Galvanizing. Hot Dip Galvanizng menggunakan seng sebagai logam pelapisnya.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari pengaruh konsentrasi larutan NaCl terhadap ketahanan korosi lapisan hasil Hot Dip Galvanizing pada cold rolled steel AISI 1020. Dalam penelitian ini digunakan derajat deformasi 0 % dan 40 % serta variasikonsentrasi dari NaCl 0.2 M, 0.35 M, dan 0.5 M. Perhitungan laju korosi diperoleh melauimetode polarisasi potensiodinamik.
Hasilnya menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi NaCl semakin tinggi pula lajukorosi pada masing-masing lapisan. Laju korosi tertinggi pada lapisan Zn, FeZn dan Fe masing-maisng yaitu 60,8237mpy, 5,4666 mpy dan 25,7589 mpy. Lapisan paduan FeZnmemiliki laju korosi terendah daripada lapisan Zn dan Fe.
• Kata Kunci: Konsentrasi NaCl, Hot Dip Galvanizng, laju korosi, Cold Rolled Steel
Abstrak
PE N D AH U LU AN
Latar Belakang
Baja karbon banyakdigunakan pada
berbagai komponenpermesinan dan
konstruksi
Proses pengerjaan dingin pada baja
meninggalkan tegangan sisa
Korosi pada baja menyebabkan
banyak kerugian
Lingkungan penempatan komponen
Cara penanggulangan korosi --> Hot Dip
Galvanizing
• Bagaimana pengaruh variasi konsentrasi larutan NaCl terhadap ketahanan korosi lapisan hasil Hot Dip Galvanizing pada cold rolled steel.
Perumusan Masalah
• Hasil cold work dianggap homogen.
• Hasil Hot Dip Galvanizing dianggap merata danhomogen.
• Parameter Hot Dip Galvanizing dianggap konstan.
• Pengaruh agitasi diabaikan.
• Tidak terjadi perubahan terhadap temperatur dan volume larutan sepanjang waktu.
Batasan Masalah
• Tujuan penelitian ini adalah mempelajaripengaruh variasi konsentrasi larutan NaCl terhadap ketahanan korosi lapisan hasil Hot Dip Galvanizing pada cold rolled steel AISI 1020.
Tujuan Penelitian
Rulendro Prasetyo, Agung Setyo D, Bibit Sugito.2009. Pengaruh VariasiKonsentrasi Larutan NaCl DenganKonsentrasi 3,5%, 4%, 5% Terhadap Laju Korosi Baja KarbonSedang
“semakin tinggikonsentrasi NaClsemakin cepat korosiyang terjadi”.
Paper review
A.P. Yadav, A. Nishikata, T. Tsuru. 2007. Effect of Fe–Zn alloy layer on the corrosion resistance of galvanized steel in chloride containing environments. Japan
“Laju korosi lapisanpaduan lebih rendah darilapisan zinc coating danpaling rendah darikeseluruhan lapisan hasilHot Dip Galvanizing”
IGA Kade Suriadi dan IKSuarsana .2007. Prediksi lajukorosi dengan perubahanbesar derajat deformasiplastis dan media pengkorosipada material baja Karbon.
”laju korosi semakinmeningkat seiring denganmeningkatnya derajatdeformasi”.
Ronald Nasoetiopan dan LingMusalam.2004. Pengaruhklorida terhadap laju korosibaja karbon dan baja tahankarat dengan sistemintermittent immersion test.
“pada baja karbon pengaruhion Cl- meningkatkan lajukorosi yang cukup besar baikpada pengaruh waktu yangsama maupun berbeda”.
TIN JAU AN PU S T AKA
Proses pengerjaan dingin (cold wrking)
• Cold working adalah suatu proses pembentukan secara plastis terhadap logam atau paduan yang dilakukan di bawah temperatur rekristalisasi (van vlack, 1991).
Penentuan Derajat Deformasi
Persamaan 2.1. penentuan derajat deformasi ( Datsko, 1996 )
Tinjauan Pustaka
Korosi• Korosi dapat diartikan sebagai penurunan
mutu atau perusakan suatu logam karena bereaksi dengan lingkungannya. Reaksi ini menghasilkan oksida logam, sulfida logam atau hasil reaksi lainnya. Dengan bereaksi ini sebagian logam akan “hilang” dan menjadi suatu senyawa yang lebih stabil. (Fontana,1967)
Pengaruh lingkungan terhadap korosi
• TemperaturSecara umum kenaikan temperatur menyebabkan kenaikan laju korosi
• pH• Bahan pengotor dan komposisi media
Bahan pengotor di media korosif bisa berupa karbondioksida (CO2), sulfurdioksida (SO2), sulfurtrioksida (SO3), senyawa nitrat, asam belerang, ion –ion sulfur, ion – ion klorida, dll. Bahan pengotor bersifat mempercepat laju korosi karena menurunkan pH (menaikkan derajat keasaman) media korosif. (Sulistijono.1999)
• Kecepatan elektrolitSecara umum laju korosi meningkat seiring dengan kenaikan kecepatan media
korosif
• Pengaruh konsentrasi elektrolitKonsentrasi media korosif berpengaruh terhadap laju korosi bergantung dari jenis
media tersebut dan jenis logam yang berada dimedia tersebut.
Hot Dip GalvanizingDegreasing (caustic cleaning)
Proses pembersihan dilakukan dengan menggunakan larutan NaOH (soda kaustik) dengan konsentrasi 5% – 10% pada suhu 70o C – 90o C selama kurang lebih 10 menit.
Rinsing
Pembilasan dengan air
Pickling
spesimen dengan cara dicelupkan ke dalam larutan HCl (asam klorida) atau larutan H2SO4
(asam sulfat) dengan konsentrasi 10%–15% selama 15 – 20 menit.
Fluxing
Proses fluxing merupakan proses pelapisan awal dengan menggunakan Zinc Amonium Cloride (ZAC) dengan konsentrasi 20% – 30% selama 5 – 8 menit.
Drying
Proses drying merupakan proses pengeringan dan pemanasan awal dengan menggunakan gas panas yang suhunya kurang lebih 150o C,
galvanizing
Pencelupan spesimen ke dalam cairan seng
Quenching
mencelupkan spesimen ke dalam larutan sodium cromate dengan konsentrasi 0,015% pada suhu kamar ataupun dengan menggunakan air.
Hot Dip Galvanizing
M E T O D O LO G I
PE N E LIT IAN
Gambar 3.1
Diagram Alir
Penelitian
Diagram Alir
Spesimen tanpa cold work
(0% cold work)
Spesimen yang di-cold
work ( 40 % )
Pelapisan dengan metode Hot Dip Galvanizing
Penggosokkan sampai lapisan
Fe, Fe-Zn, Zn
Imersi spesimen pada
larutan NaCl 0,5 M
selama 35hariPengujian polarisasi
potensiodinamik dengan
variasi larutan elektrolit 0,2 M
NaCl; 0,35 M NaCl dan 0,5
M NaClPengujian XRD
Pengambilan data
Analisa data dan pembahasan
Penarikan kesimpulan
Preparasi alat dan bahan
start
End
Pengamtan visual
menngunakan mikroskop
optik
Pemotongan penampang
melintang
Uji spektrometri
Adapun bahan yang digunakan dalam penelitian ini sebagai berikut:
1. Base metal
Material yang digunakan dalam penelitian ini yaitu AISI 1020dengan tebal awal 7,2 mm.
2. Larutan NaCl 0,2 M; 0,35 M; 0,5 M
3. Larutan NaOH 10%
4. Larutan HCl 15 %
5. Larutan Zinc Ammonium Chloride (ZnCl2-2NH4Cl) 30 %
6. Seng Special High Grade
Bahan
• Peralatan yang akan digunakan pada penelitian kali ini, antara lain : Jangka Sorong dan penggaris Kertas gosok grid 2000 Gerinda tangan Gergaji besi Alat potong plat Gelas ukur Sendok berbahan dasar plastik Kabel Pipet Stopwatch
Hair dryer
Mesin pres
Kamera Digital Mikroskop optik Peralatan pengujian XRD ( X-Ray Diffraction ) Peralatan pengujian polarisasi potensiodinamik.
Alat
1. Preparasi spesimen2. Cold work dengan derajat deformasi 0% dan 40%3. Hot Dip galvanizingTahap pengerjaan awal (pre treatment)
• Benda uji dimasukkan ke dalam larutan 10% NaOH pada temperatur 65oC selama 15 menit untuk menghilangkan lemak,cat dan kotoran organik lainnya.
• Pembilasan dilakukan dengan air pada bak air
• Benda uji dimasukkan ke dalam larutan 15% HCl selama 15 menit sampai noda-noda oksidasi atau karat hilang.
• Pembilasan dilakukan dengan air pada bak air.
• Pelapisan awal dilakukan dengan mencelupkan benda uji kedalam larutan 25% Ammonium Chloride (NH4Cl) pada temperatur 65oC selama 5 menit.
• Benda uji dikeringkan sampai benar-benar kering menggunakan hair dryer.
Langkah-langkah penelitian
Tahap Pelaksanaan Galvanizing
• Seng dipanaskan hingga mancair.
• Temperatur seng cair dijaga agar mencapai temperatur yang diinginkan (445oC-465oC).
• Stop watch disiapkan dan diaktifkan pada saat benda kerja dicelupkan.
• Benda uji dicelupkan ke dalam bak Galvanizing pada temperatur yang diinginkanyaitu pada temperatur 450oC. Benda uji yang dicelupkan selama 5 menit.
• Pendinginan dilakukan dengan mencelupkan benda yang telah terlapisi kedalam air selama 5 menit.
• Finishing dilakukan dengan menggerinda pada benda uji yang terdapat sisa-sisaseng yang menempel.
5. Penggosokan lapisan hasil Hot Dip Galvanizing menggunakan kertas gosok grid 2000. Penggosokan dilakukan pada lapisan Zn, Fe-Zn, dan Fe.
6. Pengujian polarisasi potensiodinamik
Elektroda kerja : spesimen
Elektroda bantu : batang karbon
Elektroda acuan : saturated calomel electrode (SCE)
5. Pengujian XRD
6. Pengamatan visual dengan mikroskop optik
7. Analisa data dan pembahasan
8. Kesimpulan
Hasil ujispektrometri
Komposisi AISI 1020
No. Komposisi Kadar (%)
1. Fe 98,2900
2. C 0,1700
3. Si 0,1500
4. Mn 0,8500
5. Cr 0,1000
6. Ni 0,0360
7. Mo 0,0018
8. Cu 0,3400
9. Al 0,0000
10. V 0,0130
11. W 0,0530
12. Ti 0,0000
13. Nb 0,0000
14. B 0,0000
15. S 0,2000
16. P 0,0280
PENENTUAN LAJU KOROSIBERDASARKAN KURVA POLARISASI
POTENSIODINAMIK.
Laju Korosi pada Kurva PolarisasiPotensiodinamik
• dimana :
CR = Laju korosi (mm/yr)
K1 = 3,27 x 10-3 g/µA cm yr
Icorr = Rapat Arus saat Ecorr (µA/cm2)
ρ = density (g/cm3)
EW = Equivalent Weight (BeratEkivalen)
Zn EW = 32,695 ρ = 7,14
FeZn EW = 32,4001 ρ = 7,1826
Fe EW = 27,78 ρ = 7,85
• Persamaan 2.3 Laju Korosi padaKurva Polarisasi Potensiodinamik
Tabel 4. 3. Laju Korosi pada tiap konsentrasi NaCl dan lapisan yang didapatkan melalui kurvapolarisasi potensiodinamik
% cold work Konsentrasi
NaCl ( M ) Lapisan
Polarisasi Potensiodinamik
Eo (V) Ecorr (V) Icorr (µA/cm2) Corrosion Rate
(mpy)
0% 0,2
Zn -1.0825 -1 0.73 0.4305
Fe-Zn -0.98125 -0.995 0.2 0.1162
Fe -0.39873 -0.391 0.31 0.1413
0,35
Zn -1.098 -1.108 0.85 0.5013
Fe-Zn -1.03125 -1.055 0.21 0.1220
Fe -0.585 -0.599 0.32 0.1458
0,5
Zn -1.04209 -1.057 3.02 1.7810
Fe-Zn -1.0522 -1.049 0.88 0.5112
Fe -0.505 -0.519 1.11 0.5059
40% 0,2
Zn -1.025 -1.02 3.57 2.1053
Fe-Zn -1.035 -1.056 0.22 0.1278
Fe -0.37125 -0.477 0.6 0.2734
0,35
Zn -1.021 -1.02 21.26 12.5374
Fe-Zn -1.03836 -1.03 4.48 2.6026
Fe -0.53636 -0.531 15.36 7.0003
0,5
Zn -0.98036 -1.049 103.14 60.8237
Fe-Zn -1.05 -1.051 9.41 5.4666
Fe -0.65 -0.677 56.52 25,7589
Gambar 4.7. laju korosi berbagai lapisan dankonsentrasi NaCl pada baja karbon rendah 0% CW
-
0,2000
0,4000
0,6000
0,8000
1,0000
1,2000
1,4000
1,6000
1,8000
2,0000
0,2 0,35 0,5
Co
rro
sio
n R
ate
(m
py)
konsentrasi NaCl (M)
Zn
FeZn
Fe
-
10,0000
20,0000
30,0000
40,0000
50,0000
60,0000
70,0000
0,2 0,35 0,5
Co
rro
sio
n R
ate
(m
py)
Konsentrasi NaCl (M)
Zn
FeZn
Fe
Gambar 4.8. laju korosi berbagai lapisan dankonsentrasi NaCl pada baja karbon rendah 40% CW
Tabel 4.4. kenaikan laju korosi pada masing-masing lapisan terhadap konsentrasi NaCldan derajat deformasi
% cold work Konsentrasi
NaCl ( M )Lapisan
Corrosion rate (mpy) kenaikan laju korosi
berdasarkan konsentrasi
(%)
kenaikan laju korosi
berdasarkan derajat deformasi
(%)
0% 0,2
Zn 0.4305 - -
Fe-Zn 0.1162 - -
Fe 0.1413 - -
0,35
Zn 0.5013 16.44 -
Fe-Zn 0.1220 5.00 -
Fe 0.1458 3.23 -
0,5
Zn 1.7810 313.70 -
Fe-Zn 0.5112 340.00 -
Fe 0.5059 258.06 -
40% 0,2
Zn 2.1053 - 389.04
Fe-Zn 0.1278 - 10.00
Fe 0.2734 - 93.55
0,35
Zn 12.5374 495.52 2,401.18
Fe-Zn 2.6026 1,936.36 2,033.33
Fe 7.0003 2,460.00 4,700.00
0,5
Zn 60.8237 2,789.08 3,315.23
Fe-Zn 5.4666 4,177.26 969.32
Fe 25.7589 9,320.00 4,991.89
Gambar 4.10. Penampangmelintang lapisan hasil Hot Dip Galvanizing 40% CW
Gambar 4.9. Penampang
melintang lapisan hasil Hot
Dip Galvanizing 0% CW
Penampang melintang lapisan hasil Hot Dip Galvanizing
Hasil XRD Lapisan Terluar Hasil Hot Dip Galvanizing
10 20 30 40 50 60 70 80 90
0% CW
40% CWre
lativ
e in
tens
ity
o2 theta
: NiSi
: Zn
: ZnO
Kesimpulan
Dari percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan :
Penambahan konsentrasi larutan NaCl menyebabkankenaikan laju korosi AISI 1020 hasil Hot Dip Galvanizing, baik yang mengalami maupun yang tidakmengalami cold roll. Laju korosi terbesar yaitu lapisanZn pada AISI 1020 di konsentrasi 0,5M NaCl.
Laju korosi lapisan paduan FeZn lebih rendah darilapisan zinc coating dan Fe. Laju korosi lapisan paduanmerupakan yang terendah dari seluruh lapisan hasilHot Dip Galvanizing.
Saran
Saran yang dapat diberikan:
Percobaan dilakukan pada konsentrasi NaCl yang lebihtinggi sehingga dapat mengetahui nilai konsentrasioptimum dari NaCl terhadap laju korosi lapisan hasilHot Dip Galvanizing.
Perlu adanya variasi temperatur pada pengujianselanjutnya untuk melihat kinerja lapisan hasil Hot Dip Galvanizing pada temperatur tinggi.
Perlu adanya variasi kecepatan fluida pada pengujianselanjutnya untuk melihat kinerja lapisan hasil Hot Dip Galvanizing pada fluida yang bergerak.
• ____________.2004. Hot Dip Galvanizing For Corrosion Prevention. USA :
• American Galvanizers Association ( AGA ).
• ____________.2002. “Standar Practice for Calculating of Corrosion Rates and Related Information from Electrochemical Measurement”. G102, Annual Book ASTM Standar.
• ____________.2002. “Standar Reference Test Method for Making Potensiostatic and Potensiodynamic Anodic Polarization Measurement”. G5, Annual Book ASTM Standar, vol.03.02,ASTM, West Chonshocken,PA.
• ____________.2002. “Standar Test Method for Conducting PotensiodynamicPolarization Resistance Measurement”. G59, Annual Book ASTM Standar, vol.03.02,ASTM, West Chonshocken,PA.
• ____________.2002. “Standar Specification for Zinc (HDG) Coating on Iron and Steel Product”. A123, Annual Book ASTM Standar.
• Anggara, Tri Teguh.2007. Pengaruh Variasi Temperatur Proses Pelapisan Metode Hot Dip Galvanizing Terhadap Tebal Lapisan, Struktur Mikro dan Korosi Pada Baja KarbonRendah.Semarang:Universitas Negeri Semarang.
• A.P. Yadav, A. Nishikata, T. Tsuru. 2007. Effect of Fe–Zn alloy layer on the corrosion resistance of galvanized steel in chloride containing environments. Japan.
• Askeland, Donald R.1984.The Science And Engineering Of Materials.
• Datsko, Joseph.1996.Material Properties and Manufakturing Process, second edition, New York.
Daftar Pustaka
• Fontana Mars, G.1978. Corrosion Engineering, Second edition, McGraw Hill International Book Company.
• Henkel Daniel, Pense Alan W. 2002. Structure and Properties of Engineering Materials. Fifth edition. Amerika: McGraw Hill
• Nasoetion, Ronald.Musalam, Ling. 2004. Pengaruh Klorida Terhadap Laju Korosi Pada Baja Karbon dan Baja Tahan Karat Dengan Sistem Intermitten Immersion Test. Serpong: LIPI
• Prasetyo, Rulendro.2009.Pengaruh Variasi Konsentrasi Larutan NaCl dengan konsentrasi3,5%, 4% dan 5% Terhadap Laju Korosi Baja Karbon Sedang.Surakarta: UniversitasMuhammadiyah Surakarta.
• Sulistijono.2000. Diktat Korosi dan Analisa Kegagalan. Surabaya: ITS.
• Syahbuddin, dan Abdul Rahmam.2003.Pertumbuhan Lapisan Intermetalik FeZn PadaPermukaan Sambungan Las Baja Struktur SS400 Selama Galvanis Pada460oC.Jakarta:Universitas Gunadarma.
• Supardi Rahmat. 1997. Korosi. Bandung: Tarsito
• Suriadi, IGA Kade, dan Buchanan, R.A. 2007. Prediksi Laju Korosi Dengan Perubahan BesarDerajat Deformasi Plastis dan Media Pengkorosi Pada Baja Karbon. Bali : UniversitasUdayana.
• Trethewey, KR. dan Chamberlain, J. 1991. Korosi untuk Mahasiswa dan Rekayasawan. Jakarta : PT. Gramedia Pustaka Utama.
• Van Vlack, Lawrence H., 1991, Ilmu dan Teknologi Bahan (Ilmu Logam dan Bukan Logam), alih bahasa Ir. Sriati Japrie M.E.E .Met,Penerbit Erlangga Jakarta.
• Zbigniew D. J., 1987, The Nature and Properties of Engineering Materials, third edition, New York.
Terima Kasih