6 pelapisan seng

30
Teknik Metalurgi-UNJANI 1 PELAPISAN SENG Abrianto Akuan, Ir., MT. Teknik Metalurgi - UNJANI

Upload: abrianto-akuan

Post on 06-Jul-2015

5.018 views

Category:

Education


4 download

TRANSCRIPT

Page 1: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 1

PELAPISAN SENG

Abrianto Akuan, Ir., MT.Teknik Metalurgi - UNJANI

Page 2: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 2

Karakteristik :

• Seng bersifat anodik terhadap besi & baja, oleh karena itu dapatmenjadi lapisan protektif dengan ketebalan antara 7 to 15 mikron(0.3 to 0.5 mil) setara dengan ketebalan lapisan nikel atau lapisankatodik lainnya.

• Jika dibandingkan dengan logam lain adalah pelapisan seng relatifmurah dan dapat diterapkan di/dalam barrel, tangki/tank, ataufasilitas proses pelapisan kontinyu.

• Proses pelapisan seng dilakukan dengan menggunakan listrik, danterlihat abu-abu setelah pelapisan. Untuk menghasilkan lapisanseng yang terang sebagai lapisan dekoratif, maka sesudah prosespelapisan (plating) diberikan suatu lapisan konversi (kromatasi) ataupernis bening (atau keduanya).

• Lapisan seng, walaupun lebih tidak tahan lama dibandingkanlapisan nikel, tetapi cukup memberikan suatu perlindungan terhadapkarat (korosi) dan biaya proses yang jauh lebih murah.

Page 3: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 3

Jenis Larutan :

Pelapisan seng komersial, dapatmenggunakan sistem larutan yang cukupberbeda, yaitu:

• larutan sianida

• larutan alkalin non sianida

• dan larutan asamklorid.

Page 4: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 4

Larutan Seng Sianida

Larutan seng sianida, dibagi menjadi empatklasifikasi yang berbasis pada sianida, yaitu:

• Larutan seng sianida reguler

• Larutan midcyanide atau larutan dengankonsentrasi sianida, medium

• Larutan sianida-rendah

• dan latutan seng Microcyanide

Tabel 1 menunjukkan komposisi umum dansyarat-syarat operasi untuk sistem ini.

Page 5: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 5

Tabel 1. Komposisi dan prameter operasi dari larutan seng sianida

Page 6: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 6

(a) Operating temperature: 29 °C (84 °F) optimum; range of 21 to 40 °C (69 to 105 °F).(b) Operating temperature: 29 °C (84 °F) optimum; range of 21 to 40 °C (69 to 105 °F).(c) Operating temperature: 27 °C (79 °F) optimum; range of 21 to 35 °C (69 to 94 °F).(d) Operating temperature: 27 °C (79 °F) optimum; range of 21 to 35 °C (69 to 94 °F).(e) Zinc oxide.(f) Dissolve zinc anodes in solution until desired concentration of zinc metal is obtained.(g) As specified

Note: Cathode current density: limiting 0.002 to 25A/dm2 (0.02 to 250 A/ft2); average barrel 0.6 A/dm2(6 A/ft2); average rack 2.0 to 5 A/dm2 (20 to 50ft2). Bath voltage: 3 to 6 V, rack; 12 to 25 V, barrel.

Lanjutan

Page 7: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 7

Standar Larutan Seng Sianida• Perlu pembersihan permukaan yang lebih baik dari pada sistem lain.• Larutan seng Sianida adalah benar-benar fleksibel, dan berbagai macam komposisi

larutan dapat memenuhi persyaratan pelapisan seng. Sistem larutan seng sianidatidak bersifat merusak ke/pada peralatan, sehingga tangki/tank dan keranjang anodayang terbuat dari baja dapat digunakan untuk sistim larutan ini, pada hakekatnyadapat mengurangi investasi awal pabrik.

• Sistem sianida juga mempunyai sejumlah kerugian, mencakup tingkat keracunan.(dengan kekecualian larutan perak atau cadmium sianida), larutan seng sianidastandar yang berisi 90 g/L (12 oz/gal) dari total sodium sianida merupakan larutanyang berpotensi paling beracun dalam industri pelapisan. Bahaya terhadapkesehatan dari larutan sianida konsentrasi tinggi ini memerlukan biaya tambahandalam memperlakukan limbah sianida, sehingga alasan primer inilah untukmenggunakan larutan sianida dengan konsentrasi lebih rendah atau diganti denganmenggunakan larutan non sianida atau asam, walaupun teknologi untuk penangananlimbah larutan sianida sangat telah berkembang, tetapi memerlukan biaya untuk awalpenanganan pabrik mungkin saja lebih besar dari biaya instalasi prosespelapisannya.

• Kerugian Lain adalah konduktivitas larutan yang relatif lebih rendah. Konduktivitaslarutan sianida pada hakekatnya lebih rendah dari larutan asam.

• Efisiensi proses pelapisan dari sistem sianida, sangat bervariasi tergantung padabeberapa faktor-faktor seperti temperatur larutan, konsentrasi sianida, dan kerapatanarus. Di/dalam instalasi proses sistim barrel, kerapatan arusnya sampai dengan 2.5A/dm2 (25 A/ft2) dengan efisiensi dapat mencapai 75 sampai 90%. Di/dalam instalasiproses sistim rak, efisiensinya di bawah 50% pada kerapatan arus di atas 6 A/dm2

(60 A/ft2).

Page 8: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 8

Larutan Seng Midcyanide

Larutan sianida standar menghasilkan throwing and covering poweryang baik sekali. Kemampuan larutan melapisi bahan padakerapatan arus yang sangat rendah adalah lebih baik dari sistimlarutan seng lainnya. Kemampuan ini tergantung pada komposisilarutan, temperatur, logam dasar (jenis bahan), dan penggunaanaditip. Konsentrasi jenis larutan ini ditunjukkan pada tabel 1.Karakteristik penyepuhan dari larutan midcyanide dan larutansianida reguler, pada kenyataannya adalah sama. Kelemahan Satu-satunya dari larutan midcyanide ini dibandingkan dengan larutanstandar, adalah toleransi terhadap pengotor yang sangat rendahdan preparasi permukaan yang harus sangat baik. Kelemahan iniadalah jarang ditemui dalam praktek di pabrik. Lebih besar prosespembilasan, pada hakekatnya adalah lebih sedikit dragout, danmenghemat persiapan larutan, biaya pemeliharaan, dan biayaproses sehingga menjadi keunggulan dari jenis larutan ini.

Page 9: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 9

Larutan Seng Low-cyanide• Dioperasikan pada kira-kira 6 sampai 12 g/L (0.68 sampai 1.36 oz/gal)

sianida sodium dan logam seng. Larutan ini karakteristiknya berbedadengan jenis midcyanide dan sianida standar. Aditip, secara normaldigunakan di/dalam larutan reguler dan sianida midstrength, tetapi tidakberfungsi dengan baik pada larutan sianida rendah, sehingga brightenersuntuk larutan Sianida-rendah menggunakan brightener khusus.

• Larutan seng sianida rendah, lebih sensitif temperatur dibandingkan larutanreguler atau midcyanide. Efisiensi larutan jenis ini adalah sama denganlarutan sianida reguler pada awalnya, tetapi itu cenderung menyebabkanpengelupasan (terutama pada/di kerapatan arus yang lebih tinggi). Jenislarutan ini memiliki throwing power and covering power yang sedikit lebihrendah dibandingkan dengan larutan midcyanide standar. Larutanlowcyanide lebih tidak sensitif terhadap pengotor dibandingkan larutanstandar atau midcyanide. Pengotor dari logam lebih banyak tidak larut padalarutan dengan konsentrasi sianida yang lebih rendah. Larutan jenis inibanyak digunakan secara ekstensif untuk proses pelapisan seng sistim rakbarang-barang kawat. Tidak seperti sistem sianida lain, larutan sianida-rendah tidak sensitif terhadap penambahan sulfida untuk mengurangipengotor bahkan dapat mengurangi kecerahan lapisan dan kecepatanproses pelapisan.

Page 10: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 10

Larutan Seng Microcyanide

secara esensial merupakan larutan sengalkalin noncyanide. Proses pelapisan sengdengan lmenggunakan larutan alkalin inirelatif cukup sulit, sehingga ditambahkansedikit sianida minimal 1.0 g/L (0.13oz/gal), sebagai suatu aditip yang dapatmeningkat kecerahan hasil lapisan.Bagaimanapun, itu bertujuan untuk dapatmeniadakan atau sepenuhnya meng-eliminasi sianida.

Page 11: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 11

Preparation of Cyanide Zinc Baths

Bath may be prepared with cyanide zinc liquid concentrates that are diluted with water, and to whichsodium hydroxide is normally added, or they may be prepared as follows:

• 1. Fill the makeup and/or plating tank approximately two-thirds full of tap water.• 2. Slowly stir in the required amount of sodium hydroxide.• 3. Add the required amount of sodium cyanide and mix until dissolved.• 4. Prepare a slurry of the required amount of zinc oxide or zinc cyanide and slowly add to the

bath. Mix until completely dissolved. Instead of zinc salts, the bath may be charged with steelbaskets of zinc anode balls that are allowed to dissolve into the solution until the desired metalcontent is reached.

• 5. Add an initial 15 g/L (2.0 oz/gal) sodium carbonate for rack plating baths.• 6. Add approximately 0.25 to 0.50 g/L (0.03 to 0.06 oz/gal) of sodium polysulfide or zinc purifier for

regular and midcyanide baths.• 7. Run plating test panels and add the necessary amount of brightener to the bath. If a satisfactory

deposit is obtained, place anodes for production.

Zinc baths prepared from impure zinc salts may require treatment with zinc dust and/or low-current-density dummying (the process of plating out bath impurities). Zinc dust should be added at therate of 2 g/L (0.26 oz/gal) and the bath should be agitated for about 1 h. After settling, the bathshould be filtered into the plating tank. Dummying is preferably done on steel cathode sheets atlow current densities of 0.2 to 0.3 A/dm2 (2 to 3 A/ft2) for 12 to 24 h.

Page 12: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 12

Alkaline Noncyanide Baths

• Alkaline noncyanide baths are a logicaldevelopment in the effort to produce arelatively nontoxic, cyanide-free zincelectrolyte. Approximately 15 to 20% ofzinc plated at present is deposited fromthese baths.

Page 13: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 13

Table 2 Komposisi & parameter proses dari larutan seng alkaline noncyanide

(a) Operating conditions: temperature, 27 °C (81 °F)optimum; cathode current density, 0.6 A/dm2 (6 A/ft2);bath voltages, 3 to 6 rack.(b) Operating conditions: temperature, 21 to 35 °C (69to 94 °F) range; cathode current density, 2.0 to 4.0A/dm2 (20 to 40 A/ft2); bath voltages, 12 to 18barrel.(c) As specified

Larutan alkalin noncyanide relatif murah proses & pemeliharaannya. Larutan ini menggunakan logamseng: 7.5 sampai 12 g/L (1.0 sampai 1.6 oz/gal) digunakan pada3 A/dm2 (30 A/ft2) yang dapatmenghasilkan suatu lapisan seng yang terang/cerah dengan efisiensi kira-kira 80%, seperti yangdiperlihatkan pada Gambar. 1. Jika konsentrasi logam turun hingga 2 g/L (0.26 oz/gal), maka efisiensiturun sampai dibawah 60% pada kerapatan arus ini. Meningkatnya konsentrasi logam hingga di atas 17g/L (2.3 oz/gal) akan menghasilkan lapisan berwarna abu-abu dop dan tidak rata, rapat arus menurun;sehingga, penambahan aditip perlu dilakukan untuk menyelesaikan masalah ini. Meningkatkankonsentrasi hidroksida sodium akan meningkatkan efisiensi, seperti diperlihatkan pada Gambar. 2. Jika,konsentrasi yang terlalu tinggi maka akan menyebabkan penumpukkan lapisan pada daerah sudut atausisi. Noncyanide Alkalin seng adalah satu larutan yangrelatif praktis.

Page 14: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 14

Gambar. 1 Effisiensi arus pada katodakatoda sebagai fungsi dari konsenrasi logamseng dari larutan seng alkalin noncyanide.NaOH, 80 g/L (11oz/gal); Na2CO3, 15 g/L (2oz/gal)

Page 15: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 15

Gambar. 2 Pengaruh konsentrasi logam seng &sodium hidroksida terhadap efisiensi katoda dari larutannoncyanide. Temperature: 26 °C (77 °F). : Lingk-7.5 g/L(1 oz/gal) Zn, 75 g/L (10 oz/gal) NaOH; •: 7.5 g/L (1.0oz/gal) Zn, 150 g/L (20 oz/gal) NaOH; SegitigaKosong- 11 g/L (1.5 oz/gal) Zn, 110 g/L (15 oz/gal)NaOH; Segitiga Pejal- 15 g/L (2.0 oz/gal) Zn, 150 g/L(20 oz/gal) NaOH; Segi Empat 11 g/L (1.5 oz/gal) Zn,150 g/L (20 oz/gal) NaOH.

Page 16: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 16

TemperaturLarutan seng Sianida dapat dioperasikan pada temperatur 12 sampai 55 °C (54

sampai 130 °F), pemakaian umum adalah antara 23 sampai 32 °C (73sampai 90 °F). Temperatur operasi ini diberikan tergantung pada jenisbenda kerja, permukaan akhir yang diinginkan dan karakteristik larutannya.Temperatur larutan sangat berpengaruh dalam sistem seng sianida,sehingga temperatur optimum perlu ditentukan. Pengaruh meningkatnyatemperatur Larutan:

Meningkatkan efisiensi katode Meningkatkan konduktivitas larutan Meningkatkan karat (korosi) pada anoda Menghasilkanlapisan yang buram Mengurangi daya liput (covering power) Mengurangi throwing power Meningkatkan penguraian sianida dan agen penambahan

Menurunkan temperatur larutan akan mempunyai efek kebalikan.Mengoperasikan larutan pada temperatur yang relatif tinggi, akanmemberikan konduktivitas dan efisiensi pelapisan yang optimum.

Page 17: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 17

Effisiensi ArusPada proses pelapisan dengan larutan seng sianida sistim

barrel, effisiensi arusnya bervariasi antara 75 dan 93%,tergantung pada temperatur dan kerapatan arus. Padasistim rak efisiensi arusnya akan sangat bervariasi padakerapatan arus yang relatif tinggi, terutama di atas 3A/dm2 (30 A/ft2). Pengaruh adari konsentrasi logamseng, hidroksida sodium, dan perbandingan cyanide-seng terhadap efisiensi adalah diperlihatkan padaGambar. 3. Umumnya, effisiensi kira-kira 90% pada 2.5A/dm2 (25 A/ft2) 50% pada 5 A/dm2 (50 A/ft2).Peningkatan efisiensi dapat diperoleh denganmenggunakan Larutan dengan konsentrasi sianida yanglebih tinggi; tetapi, hal ini dapat menyebabkanrendahnya throwing power dari larutan, konsumsibrightener lebih tinggi, biaya operasional lebih tinggi,dan berbagai kesulitan pemeliharaan larutan.

Page 18: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 18

Gambar. 3 Pengaruh komposisi larutan & rapat arus terhadap effisiensi dari larutan plating sengsianida.

(a) Pengaruh dari rasio NaCN/Zn. 60 g/L (8 oz/gal) Zn (CN); 17.5 sampai 43.7 g/L (2.33 sampai 5.82oz/gal) NaCN; 75.2 g/L (10 oz/gal) NaOH; Rasio 2.0-sampai-1 sampai 2.75-sampai-1 Rasio dariNaCN terhadap seng. Temperatur: 30 °C (86 °F).

(b) Pengaruh konsentrasi logam seng. 60.1, 75.2, dan 90.2 g/L (8, 10, dan 12 oz/gal) Zn (CN); 43.7,54.6, dan 65.5 g/L (5.82, 7.27, dan 8.72 oz/gal) NaCN; 75.2 g/L (10 oz/gal) NaOH; 2.75-sampai-1rasio dari NaCN terhadap seng. Temperatur: 30 °C (86 °F).

(c) Pengaruh dari konsentrasi NaOH. 60.1 g/L (8 oz/gal) Zn(CN); 43.6 g/L (5.8 oz/gal) NaCN; 150.4dan 75.2 g/L (20 and 10 oz/gal) NaOH; 2.75-sampai-1 rasio dari NaCN terhadap seng.Temperatur: 30 °C (86 °F)

Page 19: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 19

Larutan AsamLarutan seng asam berbasis pada seng klorid yang saat ini 40 sampai 50%

dipergunakan di seluruh dunia. Komposisi dan parameter proses darilarutan seng Asam ditunjukkan pada tabel 5. keuntungan dari jenis larutanini adalah:

Merupakan satu-satunya larutan seng yang memiliki kemampuan untukmenghasilkan lapisan dengan tingkat kecerahan cukup baik dan palingbrilian.

Dapat diterapkan pada jenis bahan besi cor, besi malleable, dan komponenyang di-carbonitrided, yang akan cukup sulit atau mustahil dilakukandengan menggunakan larutan alkalin.

Mempunyai konduktivitas yang jauh lebih tinggi dibandingkan larutanalkalin, sehingga lebih effisien.

Efisiensi larutan mencapai 95 sampai 98%, secara normal jauh lebih tinggidibandingkan larutan sianida atau proses alkalin, terutama pada kerapatanarus yang lebih tinggi, seperti diperlihatkan pada Gambar. 5.

Penggetasan hidrogen lebih rendah dibandingkan dengan jenis larutanseng lainnya, karena efisiensi arusnya relatif tinggi.

Prosedur-prosedur penanganan limbahnya lebih rendah, hanya terutamapada netralisasi pada pH 8.5 sampai 9, dan pegendapan logam seng jikadiperlukan.

Pengaruh negatif dari larutani asam chloride adalah larutan asam klorid adalah bersifatkorosif. Semua peralatan yang berhubungan dengan larutan, seperti tangki/tank danlainnya, harus dilapisi dengan bahan anti-karat.

Page 20: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 20

Tabel 5 Komposisi & parameter operasi dari larutan seng asam chloride

Page 21: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 21

(a) Carrier and primarybrighteners for acid chloride areproprietary, and exactrecommendations ofmanufacturer should befollowed. Values given arerepresentative.

Page 22: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 22

Gambar. 5 Perbandingan effisiensiarus dari larutan plating seng

Page 23: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 23

Tabel 6 Komposisi dan parameter operasi dari larutan Seng Fluoborate dan sulfate

(a) At room temperature; 3.5 to 4 pH; at 20 to 60A/dm2 (200 to 600 A/ft2).(b) At 30 to 52 °C (85 to 125 °F); 3 to 4 pH; at 10to 60 A/dm2 (100 to 600 A/ft2).(c) As needed

Sejumlah larutan seng berbasis seng sulfate dan seng fluoborate banyakdigunakan terutama untuk proses pelapisan seng produksi tinggi, pelapisankontinyu dari kawat dan batang. Tabel 6 memperlihatkan komposisi dan kondisioperasi dari beberapa larutan seng fluoborate dan sulfate.

Page 24: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 24

Parameter :

Pengadukkan (agitasi), direkomendasikandalam pemakaian larutan asam klorid untukmencapai kerapatan arus operasi yangpraktis. Sirkulasi larutan, direkomendasikandalam proses pelapisan sistim barrel. Padasistim rak, sirkulasi larutan biasanyaterpenuhi oleh adanya filter. Pengadukkan inidapat dilakukan melalui tiupan udara.

Page 25: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 25

Pengontrolan Temperatur dalam larutan asam cukupdiperlukan dibandingkan dalam larutan seng sianida,sehingga pendinginan harus disediakan untukmempertahankan temperatur larutannya tetap sesuaidengan rekomendasi, yaitu biasanya 35 °C (95 °F).Mengoperasikan larutan asam klorid di atas temperaturyang direkomendasikan dapat menyebabkan kecerahanlapisannya menjadi rendah. Ketika larutan asam mencapaitemperatur yang cukup panas, maka aditip perlu segeradalam larutan untuk menghindari perubahan larutan sepertisusu atau berawan yang menyebabkan ketidakseimbanganlarutan. Sebaliknya, temperatur rendah, biasanya di bawah21 °C (70 °F), menyebabkan larutan meng-kristal danmenyebabkan aditip organik memisahkan diri ke luar darilarutan.

Page 26: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 26

Effisiensi Arus Katoda. Larutan sengasam klorid menghasilkan efisiensi aruskatode yang tinggi seperti diperlihatkanpada Gambar. 5, efisiensi arus katoderata-rata untuk larutan ini adalah kira-kira95 sampai 98%. Tidak ada larutan senglainnya yang benar-benar berefisiensitinggi pada kerapatan arus tinggi yangdapat meningkatkan produktivitas 15sampai 50%, di atas itu dapat diperolehdengan larutan sianida. Dalam sistimbarrel, beban arus bisa berlipat ganda.

Page 27: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 27

Pengontrolan pH pada larutan seng asambiasanya dimonitor sehari-hari. MetodaElektrometris adalah denganmenggunakan kertas pengujian. pHditurunkan dengan penambahan larutanasam hidroklorik; ketika memerlukan, pHditingkatkan dengan penambahan kaliumatau ammonium hidroksida.

Page 28: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 28

Pencemaran larutan oleh unsur besi adalah suatu masalahumum pada larutan seng asam klorid. Pencemaran olehbesi biasanya tampak sebagai endapan gelap padalapisan dengan kerapatan arus tinggi; di/dalam sistimbarrel akan tampak sebagai bintik hitam pada lapisan.Penghilangan pengotor besi dalam larutan asam kloriddilakukan dengan cara mengoksidasi besi denganmenambahkan hidrogen peroksida pada larutan,biasanya kira-kira 10 mL (0.34 fl oz) . 30% peroksidahidrogen harus digunakan untuk setiap 100 L (26.4 gal.)dari larutan. Penurunan konsentrasi peroksida adalahdengan penambahan 4 sampai 5 air. Kaliumpermanganat dapat digunakan sebagai penggantiperoksida. Endapan besi hidroksida disaring denganmenggunaka filter 15 mikron (0.6 mil) atau filter yanglebih kecil lagi.

Page 29: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 29

Tabel 8 Perkiraan umur pakai komponen yangdilapis seng pada berbagai kondisi lingkungan

Page 30: 6  Pelapisan  Seng

Teknik Metalurgi-UNJANI 30

Tabel 9 Applikasi dari plating seng pada ketebalan 7 sampai 13 mikron (0.3 sampai 0.5 mil)

(a) Chromated after plating.(b) Chromated after plating; some parts dyed andlacquered.(c) Bright chromated after plating.(d) Chromated, clear or colored, after plating.(e) Dipped in 0.5% HNO3 or chromated after plating