7.3. Coating OksidaBeberapa logam mempunyai kecenderungan untuk membentuk lapisan tipis (film) oksida

yang stabil di permukaan logam. Lapisan ti[is ini dalam kondisi tertentu dapat protektif. Hal ini disebut pasivasi yang didefinisikan sebagai kemampuan suatu logam untuk mengadsorpsi inhibitor korosi yang sesuai secara kimia berfungsi untuk mengurangi laju korosi logam di lingkungan yang korosif. Zat inhibisi ini meliputi oksigen, oksida logam, produk korosi, adsorban organik, dan sebagainya. Selanjutnya, pasivasi menunjukkan kestabilan adsorbs kimia dan perawatan film protektif selama waktu tertentu.

Pasivasi merupakan metoda relative sederhana dari proteksi logam terhadap korosi lunak atau lingkungan yang spesifik dan mempunyai tiga penerapan, adalah:1. menstabilkan adanya film oksida terhadap oksidasi atmosfer selanjutnya yang berwarna putih

produk oksidanya, misalnya timah dan seng.2. meminimalkan perubahan permukaan, misalnya pelapisan timah3. memperbaiki daya rekat (adesif) cat dan pernis, misalnya coating seng secara galvanisasi

atau pelapisan timah pada kaleng.

Pasivasi dapat dicapai melalui tiga cara:1. Pasivasi mekanik disebabkan oleh suatu pembentukan lapisan penghalang sebagai produk

korosi antara logam dengan elektrolit dan korosi selanjutnya, misaalnya korosi besi dalam larutan soda kaustik 40% pada suhu 70°C bila bentuk lapisan Fe3O4.

2. pasivasi kimia disebabkan oleh adsorpsi suatu logam atau oksida logam yang membentuk film permukaan yang stabil, misalnya kromatisasi

3. Anodik atau pasivasi secara elektrokimia bila oksida logam dapat dibentuk dengan pengaturan kondisi yang dapat dibuat perlakuan akhir secara sederhana.

Keadaan pasif tidak diasumsikan sebagai salah satu kondisi tidak terjadi korosi, tetapi merupakan reaksi pembentukan fim pasif sebagaipenghalang pengendalian laju difusi, maka laju pelarutan logamditunjukkan kembali dengan arus sekitar 10-10a/cm2. Pembentukan beberapa oksida pada logam dapat lebih baik dipasivasikan atau diaktivasi dapat bergantung adanya ion pengompleks atau depasivasi seperti ion klorida (Cl-). Variabel utama lingkungan adalah pH dan potensial. Faurbaix telah menggunakan kenyataan ini untuk mengembangkan diagram pH potensial sebagai suatu indikasi kondisi film pasif terbentuk.

Gambar 7.1. memberikan tiga diagram untukkrom dalam berbagai lingkungan, 1a dalam lingkungan aqueous pada 25°C dan diasumsikan terbentuk hidroksida, 1b krom dalam kondisi yang sama dengan pembentukan krom oksida, dan 1c adanya ion klorida dan daerah pasif diperkecil. Diagram tersbut dpat diaplikasikan untuk sifat logam krom, daerah pasif dengan film pasifnya merupakan campuran oksida.

Gambar 7.1.Diagram Pourbaix untuk Krom

7.3.1. Anodisasi AluminiumAnodisasi adalah proses pembentukan lapisan tipis (film) oksida pada permukaan benda

kerja. Lapisan ini bertujuan untuk memberikan perlindungan terhadap logam aluminium dari reaksi korosi. Proses anodisasi ini merupakan proses elektrolisis dengan aluminium ditempatkan sebagai anoda. produk proses anodisasi ini mempunyai peranan penting dalam industri manufaktur, seperti industri pesawat terbang, industri mesin dan masih banyak lagi industri yang memerlukan proses anodisasi.

Mekanisme Pembentukan OksidaMekanisme pembentukan lapisan oksida belum diketahui dengan pasti, tetapi reaksi oksidasi aluminium adalah sebagai berikut:

4Al + 3O2 = Al2O3

Kemungkinan tahap reaksi anodisasi Tahapan reaksi anodisasi oksidasi elektrolitik yang mengubah logam aluminium menjadi ion. Tahapan reaksi ion dengan oksigen yang dibawa dalam bentuk ion (OH - atau O2) pada antar

muka sehingga membentuk lapisan aluminium oksida yang menempel pada permukaan anoda.

Tahapan terakhir merupakan peristiwa pelarutan kembali sebagian oksida tersebut oleh asam sehingga membentuk lapisan akhir yang terlapisi.

Secara skematis tahapan reaksi diatas dapat dijabarkan sebagai berikut:OH- pelarutan

Al Al3+ Al2O3 lapisan Al2O3 akhirO2

Reaksi elektrodik, apabila proses anodisasi menggunakan larutan elektrolit H2SO4 yaitu:H2SO4 = 2H+ + SO4

2-

Pada katoda (Pb, Al, anoda tak larut):

2H+ + 2e = H2 E°= 0,0 Volt2H2O + 2e + O2 = 4OH- E°= 0,4 Volt

Pada anoda Al:2H2O = O2 + 4H+ + 4eAl = Al3+ + 3e E°= 1,66 Volt

Reaksi pembentukan oksida:2Al3+ + 3OH- = Al2O3 + 3H+ G° = -33,985 kkal

Reaksi total:2Al + O2 + H2O = Al2O3 + H2 G° = -320,080 kkal

H° = -260,536 kkal

Proses anodisasi aluminium menggunakan elektrolit yang melarutkan oksida logam, sehingga akan terbentuk suatu lapisan oksida yang hamper tidak berpori dan sangat tipis. Lapisan oksida semacam ini disebut lapisan penghalang arus. Apabila lapisan penghalang ini sudah terbentuk, maka lapisan ini akan semakin menebal dan mengakibatkan aliran arus listrik terbentuk, tetapi bila lapisan oksidanya banyak porinya, maka hal tersebut tidak akan terjadi. Lapisan oksida yang banyak porinya, ketebalannya hanya perpuluhan mikrommeter, yaitu dapat mencapai 0,17 mm.

Kerapatan porositas bervariasi tergantung pada kondisi anodisasi, tetapi porositas terbesar mempunyai jarak 6-80.109 pori/cm2, diameter pori sekitar 100-300 A°. Komposisi film terutama adalah Al2O3, meskipun telah sealing dalam air mendidih komposisinya menjadi 70% Al2O3, 17% H2O, 13% sisa anodisasi seperti sulfat atau kromat. Untuk proteksi, ketebalan film dibutuhkan 5-25m. Teori struktur film oksida bergantung pada observasi percobaan ketebalan film oksida hanya dapat terbentuk dalam elektrolit tertentu total porositas film digambarkan kembali sekitar 45% dari volum film film awal adalah rapat, tetapi menjadi kurang rapat pada pertumbuhan film ketebalan film pada awalnya bertambah sesuai dengan jumlah secara teori, kemudian turun

dengan waktu akibat efisiensi arus turun dan tegangan naikSecara skematis, lapisan oksida di permukaan logam aluminium dapat ditunjukkan seperti Gambar 7.2. berikut.

Gambar 7.2. Lapisan oksida dari aluminium

Pembentukan aluminium oksida pada permukaan anoda aluminium akan semakin besar, bila arus dan waktu proses cukup lama, secara kuantitatif massa lapisan iksida yang terbentuk dapat dirumuskan:

m= Mr.Al2O3.i .tnF

dengan: I = rapat arusn = jumlah mol electron yang terlibat t = waktu dalam detikMr = masa rumus relatifF = bilangan Faradaym = massa lapisan dalam gram

Proses AnodisasiSecara sederhana proses anodisasi dapat ditunjukkan seperti diagram pada Gambar 7.3 berikut.

Gambar 7.3. Diagram Proses Anodisasi

Pencucian lemak (Degreasing)

Pembilasan (Rinsing)

Pengetsaan (Etching)asam dan alkali

Pembilasan (Rinsing)

Brightener Dip(Pembersihan secara kimia)

Pembilasan (Rinsing)

Proses Anodisasi

Pembilasan

Pewarnaan

Sealing

Pengemasan

Peralatan Proses AnodisasiPeralatan yang digunakan dalam proses anodisasi meliputu hal berikut: Rectifier merupakan sumber arus listrik searah (DC). Katoda dan anoda, katoda berfungsi sebagai penghantar listrik dan tidak larut selama proses.

Katoda yang dapat digunakan adalah Pb dan Grafit, SS, baja dan Al tergantung elektrolit. Rak merupakan tempat prosuk hasil anodisasi, biasanya dari Al, paduan Al, Ti dan Ti yang

dilapisi Al. Bak (tangki) merupakan tempat larutan elektrolit, larutan pencuci.Secara sederhana peralatan proses anodisasi dapat ditunjukkan seperti Gambar 7.4. berikut.

Gambar 7.4. Peralatan Proses Anodisasi

Proses Persiapan Benda KerjaPersiapan benda kerja dapat dilakukan dengan metode berikut.a. Pembersihan Lemak untuk Logam Aluminium

Surface active agent : soap, soapless-soap, T (20-80°C), t seperlunya Proses asam sulfat : asam sulfat (5-20%), T (60-80°), t (30-180 detik) Electronic degreasing : NaOH (1-2%), suhu kamar, t (30 detik), rapat arus (4-8 A/dm+),

kemudian lakukan netralisasi dengan HNO3 10-15%. Alkali : NaOH (5-20%), T (40-80°C), t (15-60 detik), kemudian netralisasi dengan HNO3

10-15%. Garam-alkali : soda ash [Na2CO3 (10%), Na2SiO3 (2%), NaCN (2%)] atau [Na2CO3 (5%),

Na2HPO4 (15%), T (30-80°C), t (30-180 detik)

b. Proses Pengetsaanb.1. Etsa dengan asam

Asam nitrat-hidrofluorat : HNO3 (5-25%), HF (1-5%), CuSO4 (0,25%), T (20-35°C), t (2-5 menit).

Asam sulfat : asam sulfat (90 gpl), T (70-90°C), t (1-5 menit). Asam sulfat-kromat : H2SO4 (3-15%), CrO3 (2-10%), T (60-75°C), t (0,5-2 menit). Asam-sulfat nitrat : H2SO4, (10%), HNO3 (10%), T suhu kamar, t (20-40 detik).

b2. Etsa dengan alkali Natrium hidroksida : NaOH (10-25%), T (50-90°C), t (20-120 detik), kemudian

dinetralisasi dengan HNO3 15-50%. Soda kaustik-pospat : NaOH (3-8%), Na3PO4 (5-10%), T (55-80°C), t seperlunya. Kaustik kromat : NaOH (7,50%), natrium silicon fluoride (2%), NaCrO4 (0,50%), T

(50-70°C), t (1-10 menit).

Larutan Elektrolit untuk Proses AnodisasiLarutan elektrolit untuk proses anodisasi dapat menggunakan larutan berikut ini. Larutan kromat (banyak dipakai untuk menganodisasi alat pesawat terbang dan lapisan

oksidanya lebih tahan korosi dibandingkan dengan proses asam sulfat). Larutan kromat-sulfat : CrO3 (50,25 -100,50 gpl), NaCl (0,20 gpl), asam sulfat (0,50 gpl),

Kondisi operasi: T (35°C), rapat arus (0,1-0,54 A/dm2), t (1-10 menit), V (40 volt). Larutan asam kromat : CrO3 (100 gpl), Kondisi operasi: T (35°C), rapat arus (0,1-1,8

A/dm2), t (30 menit), V (40 volt), agitasi udara. Larutan asam sulfat : asam sulfat (15-18%), Kondisi operasi: T (20-28°C), rapat arus (0,2-

1,4 A/dm2), t (10-30 menit), V (14-24 volt), agitasi udara. Produk oksidanya lebih transparan dan keras.

Nikel-sulfat: asam sulfat (200 gpl), Ni-sulfat (10 gpl). Kondisi operasi: T (20°C), rapat arus (1,2 A/dm2), t (20 menit).

Asam fosfat : asam orthofosfat (108,7 gpl). Kondisi operasi: T (20-28°C), rapat arus (1,2-1,5 A/dm2), t (10-40 menit).

Pengerasan Lapisan OksidaLapisan oksida yang terbentuk di permukaan logam aluminium dapat dilakukan pengerasan dengan metoda berikut ini.a. Dengan air panas

Pengerasan lapisan oksida pada aluminium yang telah mengalami proses anodisasi dilakukan dengan air panas. Aluminium oksida akan bereaksi dengan air membentuk bochmat.

Al2O3 + H2O = 2AlOOHReaksi ini akan berjalan baik pada pH 5,5- 6,5. Agar pH air dapat dikontrol, perlu ditambahkan natrium asetat dan asam asetat.

b. Dengan uap air panas

Pengerasan lapisan oksida dapat juga dilakukan dengan uap air panas. Dengan cara ini terbentuk selaput bochmat pada lapisan oksidanya. Cara pengerasan lapisan oksida dengan uap air panas dapat menghindari terlarutnya kembali sebagian zat pewarna.

c. Dengan zat lainPengerasan lapisan oksida dapat juga dilakukan dengan larutan elektrolit seperti natrium asetat, bikromat, silikat, dan sebagainya.

Pewarnaan Lapisan OksidaPewarnaan hasil proses anodisasi bertujuan untuk dekoratif, sehingga permukaan logam menjadi lebih indah dan menarik. Zat warna dapat diserapkan ke dalam pori-pori lapisan oksida. Hal ini dimaksudkan supaya lebih tahan lama dan tidak mudah hilang akibat sinar matahari. Zat wana yang digunakan dapat berupa zat warna organik maupun anorganik.a. Zat warna organik

Setelah proses anodisasi dan dicuci dengan air, lapisan oksidasi pada permukaan aluminium dapat diberi warna dengan mencelupkan ke dalam larutan zat warna organik pada temperatur ±65°C.Pelarut zat warna ini tidak harus air tetapi dapat juga pelarut organik seperti alcohol, benzene, dst. Kadar zat warna dan pH larutan disesuaikan dengan jenis zat yang diinginkan.

b. Zat warna anorganikBeberapa zat warna anorganik dapat diserap ke dalam pori-pori oleh larutan lainnya. Karena itu, ada dua tahap dalam proses pewarna ini.Tahap 1 : menyerapkan zat warna organik dalam pori-pori lapisan oksida.Tahap 2 : mengendapkan zat organik dalam pori-pori dengan larutan pengendapnya.Contoh: tahap 1 dalam larutan kalium ferrosianida, tahap 2 dalam larutan ferri nitrat, makan akan diperoleh endapan ferri-ferro sianida yang berwarna biru.

c. Pengendapan logamPewarnaan dapat juga dilakukan dengan menggunakan garam logam. Garam-garam ini diserapkan ke dalam pori-pori lapisan oksida. Logam garam tersebut diendapkan secara elektrolitik. Logam-logam yang dapat diendapkan dengan cara ini adalah nikel, kobalt, timah, besi, tembaga, dst. Logam aluminium yang dikerjakan secara ini akan lebih tahan terhadap panas dan keadaan.

Tabel 7.2 Zat Warna OrganikBahan Pewarna Kode BP Kont. (gpl) pH Tebal Lap. (m)Golden orangeOrangeBrass YellowGoldCopperRedViolet

2RLGLNGWMO2RLWRLWCLW

560,200,30561,5

4 - 5,55 – 85 – 85,5 – 6,55,5 – 6,54 – 8,53,3 – 4

6 – 76 – 784 – 69 – 107 – 87 – 8

BlueGreenOlive BrownBronzeBlackDeep Black

4LWGLW2RWLLWLLWMLW

5,58531010

3 – 4,54,5 – 5,55,5 – 65,5 – 63,5 – 4,53,5 – 4,5

7 – 810 – 129 – 109 – 1015 – 2015 – 20

7.3.3. Fosfatasi pada BajaLogam besi atau baja karbon merupakan logam yang rentan terhadap korosi. Untuk

menanggulanginya, maka logam besi atau baja sebelum dilakukan pengecatan lebih dahulu dilakukan proses fosfatasi. Fosfatasi adalah pembentukan lapisandi permukaan logam untuk melindungi korosi. Lapisan ini sering digunakan sebagai lapisan primer pada pengecatan. Proses fosfatasi dapat dilakukan pada logam besi, seng, aluminium dan mangan. Umumnya, penerapan proses fosfatasi adalah untuk benda kerja besi atau baja, dan penerapan yang penting untuk seng adalah proses galvanisasi.

Perlakuan fosfatasi yang paling sederhana adalah menggunakan asam fosfat encer untuk permukaan besi dan baja. Baja ayau besi yang akan difosfatasi, perlu dilakukan pretreatment dengan larutan kromat. Proses fosfatasi dikembangkan pertama kali menggunakan seng fosfat (Cosletizing), mangan hidrofosfat (Parkerizing). Sesuai dengan perkembangan proses fosfatasi ditambahkan zat yang berfungsi untuk memperpendek waktu proses, yaitu dengan menambahkan tenaga atau nitrat. Penambahan nitrat pada larutan untuk proses fosfatasi dapat memperpndek waktu dari 30 menit menjadi 5 menit. Proses operasi fosfatasi dapat diturunkan temperaturnya dengan menambahkan ester asam lemak dan garam ke dalam larutan proses.

Proses fosfatasi untuk baja dan seng dapat menggunakan larutan proses yang sama, tetapi untuk aluminium perlu ditambahkan bahan pengompleks seperti fluorida. Lapisan (coating) yang dihasilkan pada proses fosfatasi merupakan seng fosfat atau kromat-fosfat yang pada pretreatment ditambahkan asam fluoride pada larutan proses.Mekanisme pembentukan coating di permukaan logam pada proses fosfatasi melalui tiga tahap.1. Proses pelarutan logam sesuai persamaan reaksi:

M + 2 H3PO4 = M(H2PO4)2 + H2

Tahap ini, proses dapat berlangsung baik pada pH 2-4. Dengan adanya oksidator akan mempercepat depolarisasi reaksi tersebut (H2H2O) dan pembentukan senyawa fosfat primer yang larut sebagai pengendali laju reaksi. Oksidator yang dapat terlibat antara lain: klorat, nitrat, perklorat, peroksida dan ion logam. Hal ini dapat mempercepat pelarutan dengan pengendapan galvanik.

2. Proses pengendapan senyawa fosfat sekunder yang diakibatkan oleh kenaikan pH larutanM (H2PO4)2 = MHPO4 + H3PO4

3. Proses pembentukan fosfat tersier, yang disebabkan oleh pH larutan yang terus naik3M (H2PO4)2 = M3(PO4)2 + 4H3PO4

atau

3MHPO4 = M3(PO4)2 + H3PO4

Pada kesetimbangan terjadi perbandingan antara total zat : asam bebas = 7 : 1. Apabila larutan berada pada kondisi ini, maka reaksi berlangsung dengan cepat, tetapi oksidator dapat mengoksidasi ferro menjadi ferri, sehingga ferri fosfat yang terbentuk dapat mengendap secara langsung. Dengan demikian, produk coatingnya antara lain Fe3(PO4)2.8H2O dan Fe3O4. Untuk logam seng atau mangan, produknya antara lain adalah Zn2Fe(PO4)2.4H2O dan Zn3(PO4)2.4H2O fosfat tidak akan terbentuk di permukaan logam.

3 Zn (H2PO4)2 = x H3PO4 + (4 + x) Fe= Zn3 (PO4)2 + (4 + x) FePO4 + 3/2 (4 + x) H2

Fosfatasi bertujuan untuk dasar cat, pelumasan saat proses [enarikan barang, dan tahan korosi. Oleh karena itu proses fosfatasi banyak digunakan pada industri konstruksi sampai automotif, misalnya untuk car bodise, refrigenerators, office furniture, sepeda dan sebagainya.