anodizing dira
TRANSCRIPT
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Balakang Masalah
Salah satu cara melindungi atau memproteksi logam dari serangan korsi adalah
dengan melapisi logam tersebut tersebut dengan logam lain dengan cara elektrokimia.
Anodizing merupakan salah satu cara pelapisan oksidasi pada alumunium yang
dilakukan dengan oksidasi anodik pada suhu kamar (room temperature). Anodizing
adalah proses pelapisan yang secara elektrolisis dengan melapisi suatu permukaan
logam dengan suatu oksidasi yang melapisi dan bersifat melindungi logam dari
pengaruh korosi.
mekanisme elektrokimia yaitu menghasilkan reaksi kimia dengan menggunakan
energi listrik. Anodizing terjadi disebabkan oleh adanya pertukaran ion logam antara
katoda dan anoda dimana pada percobaan ini, logam Al sebagai anoda dan logam Pb
sebagai katoda. Dan yang terkena korosi pada kedua logam adalah Pb.
1.2. Tujuan Percobaan
Untuk menunjukan salah satu cara proteksi korosi Al dengan proses Anodizing
1
1.3. Batasan Masalah
Dalam percobaan anodizing Al kali ini yang menggunakan Pb sebagai
katodanya, dengan larutan elektrolit H2SO4, dan mengubah tegangan listrik juga
konsentrasi larutan H2SO4 kita dapat mengetahui pengaruh variabel-variabel tersebut
dalam mempercepat atau memperlambat proses anodizing tersebut. Pada percobaan
ini tegangan yang digunakan adalah 6 dan 9 volt, dengan konsentrasi H2SO4 sebesar 1
M dan 0,5 M. dan dengan waktu selama 5 menit
2
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Anodizing
Menurut definisinya anodizing adalah merupakan proses pelapisan dengan
cara elektrolisis untuk melapisi permukaan logam dengan suatu material ataupun
oksida yang bersifat melindungi dari lingkungan sekitar. Dari definisi tersebut dapat
diketahui bahwa prinsip dasar proses anodizing adalah elekrolisis. Proses elektrolisis
yang merupakan proses kimia yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia.
Pada proses ini komponen yang terpenting dari proses elektrolisis ini adalah elektroda
dan elektrolit.Pada elektrolisis, katoda merupakan kutub negatif dan anoda
merupakan kutub positif.
Pada dasarnya proses anodizing merupakan proses rekayasa permukaan yang
bertujuan untuk memproteksi logam dari korosi. Proses anodizing juga dapat
digunakan untuk memperindah tampilan logam. Beberapa contoh benda hasil proses
anodizing dapat dilihat pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Hasil Proses Anodizing
3
2.2 Elektrolisis
Elektrolisis adalah peristiwa berlangsungnya reaksi kimia oleh arus listrik.
Alat elektrolisis terdiri atas sel elektrolitik yang berisi elektrolit (larutan atau
leburan), dan dua elektroda, anoda dan katoda. Pada anoda terjadi reaksi oksida
sedangkan pada elektroda katoda terjadi reaksi reduksi. Pada suatu percobaan
elektrolisis reaksi yang terjadi pada katoda bergantung pada kecenderungan
terjadinya reaksi reduksi. Elektrolisis NaCl pada berbagai keadaan menunjukkan
pentingnya suasana sistem yang dielektrolisis. Jika larutan NaCl yang sangat encer
dielektrolisis menggunakan elektroda platina maka reaksi pada kedua elektroda
sebagai berikut ;
anoda : 2 H2O O2 + 4 H+ + 4 e (2.1)
katoda : 2 H2O + 2e H2 + 2 OH- (2.2)
Jika larutan cukup pekat, reaksi-reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
anoda : 2 Cl- Cl2 + 2 e (2.3)
katoda : 2 H2O + 2 e H2 + 2 OH- (2.4)
Jika leburan NaCl dielektrolisis maka reaksi pada elektroda adalah sebagai berikut :
anoda : 2 Cl- Cl2 + 2 e (2.5)
karoda : Na+ + e Na (2.6)
Natrium yang berbentuk melarut dalam raksa membentuk amalgam.
4
Pada tahun 1833, M. Faraday menunjukkan bahwa jumlah zat yang berreaksi
pada elektroda-elektroda sel elektrolisis berbanding lurus dengan jumlah arus yang
melalui sel tersebut. Selain dari pada itu ia membuktikan bahwa jika jumlah arus
tertentu mengalir melalui beberapa sel elektrolisis, maka akan dihasilkan jumah
ekivalen masing-masing zat.
Hukum Faraday ini dapat disimpulkan sebagai berikut :
M = Q A.L (2.7)
n.F
dimana :
M = jumlah zat
Q = jumlah listrik dalam Coulomb
A = massa atom
F = tetapan Faraday (1 Faraday 96 500 Coulomb)
n = perubahan elektron (A/n = berat ekivalen)
2.3 Macam-macam Proses Anodizing
Reaksi dasar dari proses anodizing adalah merubah permukaan alumunium
menjadi alumunium oksida dengan menekan bagian logam sebagai anoda didalam sel
elektrolisis. Tiga macam proses anodizing :
1. Chromic acid anodizing
Larutan ini mengandung 3 – 10% berat CrO3 larutan dibuat dengan mengisi
tangki setengah dengan air dan melarutkan asam ini ke dalamnya kemudian
menambahkan air sesuai dengan level operasi yang diinginkan. Larutan anodizing
asam kromik digunakan pada :
5
pH antara 0,5 – 1
konsentrasi klorida (sebagai natrium klorida) kurang dari 0,02%
konsentrasi sulfat (H2SO4) kurang dari 0,05%
Total kandungan asam krom sebanding dengan pH dan baume reading,
kurang dari 10%. Jika konsentrasinya berlebih bagian logam dicelupkan dan diganti
dengan larutan baru.
Pada awal proses anodizing tegangan dinaikkan dari 0 sampai 40volt dalam
waktu 5 sampai 8 menit tegangan menghasilkan kerapatan arus tidak kurang dari 0,1
A/dm2 (1,0 A/feet2) dan anodizing berlanjut hingga waktu yang ditentukan (biasanya
30 sampai 40 menit) akhir proses harus berkurang hingga habis dan bagi logam
dipindahkan dari tangki selama 15 detik dibilas dan di-seal. Berat lapisan setelah di-
seal minimal 200mg/m2 (19 mg/ft2).
2. Proses asam sulfur
Prinsip dasar operasi ini sama dengan proses asam kromik. Konsentrasi asam
sulfur (1,84 sp gr) dalam larutan anodizing adalah 12 sampai 20% berat larutan
menggandung 36 liter (9,5 gal) H2SO4 per 380 liter atau (100 gal) dari larutan dapat
menjadi lapisan anodik ketika di-seal pada didihan larutan dikromat. Larutan
anodizing asam sulfur jangan digunakan kecuali :
konsentrasi klorida (sebagai natrium klorida) kurang dari 0,02%
konsentrasi alumunium kurang dari 20 gr/lt (2,7 ons/gal)
Asam sulfur mengandung antara 165 sampai 200gr/lt (22-27 ons/gal), pada
awal operasi anodizing tegangan dialirkan sehingga menghasilkan kerapatan arus dari
0,9 sampai 1,2 A/dm2 (9 hingga 12 A/ft2). Tegangan meningkat seiring dengan
kandungan alumunium dalam tangki bertambah. Berbagai pendekatan tegangan yang
diperlukan pada berbagai jenis paduan alumunium dalam tangki asam sulfur pada 1,2
A/dm2 (12 A/ft2).
6
3. Hard anodizing
Perbedaan pertama antara proses asam sulfur dan hard anodizing adalah
temperatur operasi dan kerapatan arus. Lapisan yang dihasilkan oleh hard anodizing
lebih tebal dari pada anodizing konfensional dengan waktu yang sama. Proses hard
anodizing menggunakan tangki asam sulfur anodizing berisi 10 sampai 15% berat
asam, dengan atau tanpa tambahan. Temperatur operasi dari 0 sampai 10 0C (32
sampai 50 0F) dan kerapatan arus antara 2 dan 3,6 A/dm2 (20 dan 36 A/ft2).
Temperatur yang tinggi menyebabkan setruktur yang halus dan pori yang banyak
pada lapisan terluar dari lapisan anodik. Perubahan dari karakteristik lapisan ini akan
mengurangi ketahanan aus secara signifikan dan menuju ke batas ketebalan lapisan.
Temperatur operasi yang besar menyebabkan lapisan tidak dapat larut dan dapat
membakar dan merusak kerja.
2.4 Komponen Anodizing
Pada Anodizing komponen yang terpenting adalah elektroda dan larutan
elektrolit. Definisi elektroda secara umumnya adalah sebuah konduktor yang
digunakan untuk bersentuhan dengan sebuah bagian non-logam dari sebuah sirkuit
(misal semikonduktor, sebuah elektrolit atau sebuah vakum). Untuk proses anodizing
tentunya adalah logam yang melapisi dan logam yang akan dilapisi.
Komponen yang tidak kalah pentingnya adalah larutan elektrolit. Elektrolit
adalah suatu senyawa yang bila dilarutkan dalam pelarut akan menghasilkan larutan
yang dapat menghantarkan arus listrik. Elektrolit biasanya digolongkan menjadi
elekrolit kuat dan elektrolit lemah. Larutan elektrolit kuat contohnya adalah HCl,
HBr, HI, H2SO4 dan HNO3, selain elektrolit kuat ada juga alektrolit lemah contohnya
CH3COOH, Al(OH)3, AgCl dan CaCO3l larutan-larutan tersebut hanya dapat
menghantarkan sedikit arus listrik. Suatu larutan elektrolit dapat menghantarkan arus
listrik karena jika dia dilarutkan dalam air akan terionisasi. Contohnya elektrolit
H2SO4 yang larut dalam air akan terionisasi sebagai berikut :
7
H2SO4 2 H+ + SO42- (2.8)
Maka didalam larutannya akan terbentuk ion positif yaitu (H+) dan ion negatif
(SO42-) karena terbentuk ion itulah didalam larutan timbul beda potensial (tegangan
listrik) yang terjadi pada larutan H2SO4 sehingga arus listrik dapat mengalir, oleh
karena itu larutan tersebut dapat menghantarkan listrik. Zat-zat yang dalam
larutannya dapat terionisasi adalah asam, basa dan garam. Selain dua komponen yang
terpenting tadi masih ada komponen lain yang berpengaruh yaitu arus dan tegangan
listrik yang dipakai juga harus sesuai.
2.5 Elektroda
Elektroda adalah sebuah konduktor yang digunakan untuk bersentuhan
dengan sebuah bagian non-logam dari sebuah sirkuit (misal semikonduktor, sebuah
elektrolit atau sebuah vakum). Kata ini diutamakan oleh ilmuwan Michael Faraday
dari bahasa Yunani elektron (berarti amber, dan hodos sebuah cara).Pada percobaan
anodizing ini, digunakan elektroda alumunium dan katodanya adalah logam timbal.
Sebuah elektrode dalam sebuah sel elektrolisis ditunjuk sebagai sebuah anode atau
sebuah katode, kata-kata yang juga diutamakan oleh Faraday. Anode ini didefinisikan
sebagai elektroda di mana elektron datang dari sel dan oksidasi terjadi, dan kathode
didefinisikan sebagai elektroda di mana elektron memasuki sel dan reduksi terjadi.
Setiap elektrode dapat menjadi sebuah anode atau cathode tergantung dari voltase
yang diberikan ke sel. Sebuah elektroda bipolar adalah sebuah elektroda yang
berfungsi sebagai anoda dari sebuah dan katoda bagi sel lainnya. Berikut ini adalah
jenis elektroda:
1. Elektroda untuk kegunaan medis, seperti EEG, EKG, ECT, defibrillator
2. Elektroda untuk teknik Electrophysiology dalam riset biomedikal
3. Elektroda untuk eksekusi oleh kursi listrik
4. Elektroda untuk electroplating
8
5. Elektroda untuk arc welding
6. Elektroda untuk cathodic protection
7. Elektroda inert untuk hidrolysis (terbuat dari platinum).
2.6 Elektrolit
Komponen penting yang lainnya yaitu larutan elektrolit. Elektrolit adalah
suatu senyawa yang bila dilarutkan dalam pelarut akan menghasilkan larutan yang
dapat menghantarkan arus listrik. Elektrolit serng kali diklasifikasikan berdasarkan
kemampuannya dalam menghantarkan arus listrik. Elektrolit yang dapat
menghantarkan dengan baik digolongkan kedalam elektrolit kuat, contohnya yaitu
HCl, HBr, HI, H2SO4 dan HNO3 yang bersifat asam dan LiOH, NaOH, KOH, RbOH,
Ca(OH)2, Sr(OH)2, dan Ba(OH)2 yang bersifat basa, selain elektrolit kuat dan
elektrolit basa kuat, ada pula golongan elektrolit lemah seperti CH3COOH, Al(OH)3,
AgCl dan CaCO3. Larutan-larutan tersebut hanya dapat menghantarkan sedikit arus
listrik. Suatu larutan elektrolit dapat menghantarkan arus listrik karena dalam suatu
larutan semisak NaCl. Zat NaCL yang larut dalam air akan terionisasi sebagai
berikut:
NaCl Na+ + Cl-
Di dalam larutan terdpat ion positif ( Na+ ) dan ion negative (Cl-). Adanya ion
positif dan ion neghatif dalam larutan menimbulkan beda potensial listrik (tegangan
listrik) dalam larutan NaCl. KArena dalam larutan ada beda potensial listrik, arus
listrik dapat mengalir sehingga larutan dapat menghantarkan listrik. Zat-zat yang
dalam larutannya dapat terionisasi (zat-zat elektrolit) adalah asam, basa dan garam.
Zat-zat selain asam, basa, dan garam termasuk zat nonelektrolit karena dalam
larutannya tidak terionisasi menjadi ion positif dan ion negative. Perbedaan dari
larutan elektrolit kuat dan lemah terletak pada jumlah pertikel ion (mol ion) dari tiap
1 mol zat. Jika 1 mol zat tersebut dilarutkan ke dalam airternyata semuanya
terionisasi. Hal tersebut disebut zat elektrolit kuat dan zat elektrolit lemah jika
9
dilarutkan ke dalam air tidak semuanya 1 mol zat terionisasi. Untuk menunjukka
perbedaan elektrolit kuat dengan zat elektrolit lemah dinyatakan dengan derajat
ionisasi ( ), yaitu perbandingan mol zat yang terionisasi dengan mol zat mula-mula.
=
Untuk zat elektrolit kuat mempunyai derajat ionisasi = 1 dan zat elektrolit
lemah mempunyai derajat ionisasi 0< <1.
BAB III
10
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Percobaan
11
Melakuakan preparasi logam Al dan Pb dengan cara amplas
Menimbang berat awal Al dan Pb
Masukan cairan H2SO4, 1 molar sebanyak 2.6 ml, dan tambahkan air sampai 50 ml kedalam gelas ukur
Menghitung berat akhir logam Al dan Pb
Menyusun rangkaian seperti pada gambar 3.1
Melakukan proses anodizing dengan waktu 5 menit dan tegangan 6 Volt.
Melakukan kembali proses anodizing dengan mengganti tegangan dan cairan H2SO4 dengan ukuran konsentrasi 1 dan 0.5 molar, tegangannya 6 dan 9 volt.
Melakukan analisa dan pembahasan data
Kesimpulan
Literatur
Sel percobaan
(+) V (-)
Logam Al (anoda) Logam Pb (katoda)
Larutan H2SO4
Gambar 3.1 Rangkaian Sel Anodizing Percobaan
3.2 Alat dan Bahan
3.2.1 Alat yang digunakan
Timbangan
Gelas ukur (100 ml)
Pipet
Power suplay
Stopwacth
3.2.2 Bahan yang digunakan
Elektroda Al
Katoda Pb
Larutan H2SO4 (1 M dan 0.5 M)
12
3.3 Prosedur Percobaaan
1. Melakukan preparasi logam Al dan Pb dengan cara penghalusan
permukaan (amplas).
2. Menimbang berat awal logam Al dan Pb
3. Masukan cairan H2SO4, 1 molar sebanyak 2.6 ml dan tambahkan air
sampai 50 ml kedalam gelas ukur
4. Menyusun rangkai seperti pada gambar 3.1
5. Melakukan proses anodizing dengan waktu 5 menit, tegangan 6 dan 9
Volt
6. Menghitung berat akhir Al dan Pb
7. Melakukan proses anodizing kembali dengan mengganti tegangan dan
cairan H2SO4 dengan ukuran cairan H2SO4 0,5 molar sebanyak 1,4 ml dan
tambahkan air sampai 50 ml kedalam gelas ukur dengan waktu dan
tegangan yang sama.
13
BAB IV
HASIL PENELITIAN
4.1 Data Hasil Penelitian
H2SO4 Tegangan Logam Berat Awal Berat Akhir
1 M 6 volt Al 1 gram 1,15 gram
Pb 3,75 gram 3,95 gram
1 M 9 volt Al 1,07 gram 1,25 gram
Pb 3,85 gram 3,86 gram
0,5 M 6 volt Al 1,24 gram 1,1 gram
Pb 3,8 gram 3,78 gram
0,5 M 9 volt Al 1,08 gram 1,1 gram
Pb 3,7 gram 3,74 gram
14
BAB V
PEMBAHASAN
Dari hasil percobaan dapat kita amati beberapa hal yaitu :
secara visual pada saat proses anodizing timbul gelembung-gelembung udara
pada logam Al dan pada logam Pb terdapat lapisan berwarna coklat. Gelembung-
gelembung udara tersebut terjadi karena adanya arus yang ditimbulkan dari sel
percobaan. Pada dasarnya prinsip anodizing hampir menyerupai proses elektroplating
yaitu penempatan ion logam ditambah elektron pada logam yang akan dilapisi,
dimana ion tersebut didapat dari katoda, logam yang melapisi berperan sebagai
katoda sedangkan logam yang dilapisi sebagai anoda.
Dari data hasil percobaan dapat kita buat grafik hubungan antara tegangan
dengan berat hasil anodizing yaitu penambahan Al dengan larutan H2SO4 1 molar dan
tegangan 6 dan 9 volt:
Tegangan Berat akhir Al Berat awal Al Selisih
6 volt 1.15 gram 1 gram 0.15 gram
9 volt 1.25 gram 1.07 gram 0.18 gram
15
Grafik penambahan lapisan Al terhadap Tegangan
0.1450.15
0.1550.16
0.1650.17
0.1750.18
0.185
0 5 10
Tegangan (Volt)
Ber
at l
og
am (
gr)
Series1
Grafik 5.1 Grafik hubunggan penambahan lapisan Al terhadap tegangan
Pembahasan grafik 5.1:
Dari grafik 5.1 dengan konsentrasi H2SO4 sebesar 1 molar dengan waktu 5
menit, terlihat bahwa semakin besar tegangan maka semakin besar penambahan Al.
Selisih yang didapatkan sebesar 0,15 untuk tegangan 6 volt dan 0,18 untuk tegangan
9 volt. Karena waktunya hanya 5 menit maka selisih yang didapatkan tidak terlalu
besar, tapi apabila waktunya ditambah maka selisih yang didapat akan bertambah
pula hasilnya. Karena dalam proses anodizing selain tegangan, waktu juga
mempengaruhi berat akhir dari suatu logam.
Untuk grafik hubungan antara tegangan terhadap hasil proses anodizing
dengan larutan H2SO4 dengan konsentrasi 0,5 M adalah sebagai berikut :
Tegangan Berat akhir Al Berat awal Al Selisih
6 volt 1.1 gram 1.24 gram -0.14
9 volt 1.1 gram 1.08 gram 0.02
16
Grafik 5.2 Grafik hubungan penggurangan Al terhadap tegangan
Pembahasan grafik 5.2 :
Dari grafik 5.2 dapat terlihat bahwa semakin besar tegangan maka semakin
besar penambahan Al. Dari grafik 5.2 dapat kita lihat bahwa tegangan dengan 6 volt
memiliki selisih -0.14 gr dan tegangan 9 volt selisihnya 0.02 gr. Dari kedua grafik
diatas dapat disimpulkan bahwa dalam proses anodizing, tegangan sangat
berpengaruh terhadap berat akhir logam. Semakin besar tegangan maka semakin
besar pula selisihnya.
17
BAB V
KESIMPULAN
Dari data hasil percobaan, pengamatan hasil percobaan dan juga pembahasan
dapat disimpulkan adalah sebagai berikut :
1. Anodizing Al adalah merupakan proses pelapisan dengan cara elektrolisis
untuk melapisi permukaan logam dengan suatu material ataupun oksida yang
bersifat melindungi dari lingkungan sekitar.
2. Prinsip dari anodizing Al hampir sama dengan elektrolisis yaitu merupakan
proses kimia yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia.
3. Pada percobaan anodizing ini variabel yang diubah hanya tegangan dan
konsentrasi H2SO4, kesimpulannya sebagai berikut :
a. Jika tegangan dinaikan dan waktu diperlambat maka akan semakin
berkurang berat logam Al.
b. Jika tegangan diperbesar dan waktu diperlambat maka akan semakin kecil
penurunan berat logam Pb.
c. Jika konsentrasi H2SO4 dinaikan maka akan mempercepat reaksi pada
anoda dan katoda sehingga mempercepat proses anodizing Al.
DAFTAR PUSTAKA
18
1. Faraday Michael, "On Electrical Decomposition", Philosophical Transactions of the Royal Society, 1834.
2. Yustanti, Erlina (2005). “DIKTAT KULIAH KIMIA FISIK II”, Fakultas Teknik Untirta.
3. Haward E. Boyer,”Metal Hand Book”, Desk Edition American Society for Metal, Metal Park, Ohio.
4. http://groups.yahoo.com/group/anodizing101/
LAMPIRAN
19
LAMPIRAN A
Contoh Perhitungan
Perhitungan pengenceran konsentrasi H2SO4
Rumus : M1.V1 = M2. V2
Diketahui :
M1 = 18,4 M
M2 = 1 M
V1 = 50 ml
Mencari V1 ?
M1.V1 = M2. V2
V1=
V1=
V1= 2,72 ml
LAMPIRAN B
Jawaban Pertanyaan
1. Apa yang dimaksud dengan proteksi korosi dengan anodizing?
Jawaban :
Proteksi korosi dengan anodizing yaitu salah satu cara pelapisan oksida pada
logam yang dilakukan dengan oksidasi anodik pada suhu kamar, dengan
menggunakan metode anodizing
2 Sebutkan logam/bahan yang biasa digunakan untuk
proteksi dengan anodizing?
Jawaban :
20
Logam yang biasa digunakan untuk proteksi dengan anodizing adalah Pb, Zn,
Cr dan Mo
5. Sebutkan kegunaan dari larutan H2SO4 dalam percobaan ini?
Jawaban :
Kegunaan H2SO4 adalah sebagai larutan yang dapat menghantarkan arus
listrik yang memiliki sifat elektrolit yang kuat sehingga dapat terjadi
pergerakan ion ketika diberikan tegangan listrik
4. Jelaskan mekanisme proteksi katodik?
Jawaban
Proses anodizing menggunakan larutan elektrolit kuat yaitu H2SO4 dan
menggunakan tegangan listrik dari powersupply, katoda berupa logam Pb dan
Anoda yaitu Al. Proses dilakukan dengan menghubungkan massa positif
menuju katoda dan massa negatife menuju anoda dalam larutan H2SO4. Maka
akan terjadi reaksi penguraian Pb menjadi Pb2+ pada katoda, dan akan
ditangkap oleh anoda dan menempel pada permukaan elektroda dengan
ketebalan yang bervariasi, sedangankan pada anoda, logam alumunium tidak
ikut bereaksi, yang bereaksi hanya ion SO42- yang berasal dari larutan
elektrolit melepaskan O2 yang ditandai dengan adanya gelembung udara
selama proses anodizing.
21