6

5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. BAJA

2.1.1 Definisi baja

Baja adalah logam campuran yang terdiri dari besi (Fe) dan karbon (C). Jadi

baja berbeda dengan besi (Fe), almunium (Al), seng (Zn), tembaga (Cu), dan titanium

(Ti) yang merupaka logam murni. Dalam senyawa antara besi dan karbon (unsur non

logam) tersebut besi menjadi unsur yang lebih dominan dibanding karbon. Kandungan

karbon berkisar antara 0,2 – 2,1% dari berat baja, tergantung tingkatannya. Secara

sederhana, fungsi karbon ialah meningkatkan kwalitas baja, yaitu daya tariknya

(tensile strength) dan tingkat kekerasannya (hardness). Namun di sisi lain membuatnya

menjadi getas (brittle) serta menurunkan keuletannya (ductility) (Anonimous A, 2012).

Selain karbon, sering juga ditambahkan unsur chorm (Cr), nikel (Ni), vanadium (V),

molybdaen (Mo) untuk mendapatkan sifat lain sesui dengan aplikasi dilapangan seperti

anti korosi, tahan panas, dan tahan temperature tinggi.

2.1.2 Baja Karbon (Carbon Steel)

Baja karbon adalah logam paduan yang merupakan kombinasi dari besi dan

karbon paduan elemen lain yang jumlahnya tidak terlalu banyak yang akan

mempengaruhi sifat akhir dari baja karbon (Krauss, 2005). Komposisi baja karbon

biasanya mengandung tidak lebih dari 1,0% karbon (C) serta sejumlah kecil paduan

seperti mangan (Mn) dengan kadar minimal 1,65%, silicon (Si) dengan kadar maksimal

0,6% dan tembaga (Cu) dengan kadar maksimal 0,6% (shey et al, 1987).

6

Karbon (C) berfungsi sebagai unsur pengeras pada logam paduan dengan

mencegah dan menghalangi dislokasi pada Kristal ( crsystal lattice). Kandungan unsur

dan paduan mempengaruhi sifat-sifat baja yang didapat, Dengan penambahan

kandungan karbon pada baja akan meningkatkan kekerasan dan kekuatan tariknya.

Selain itu, penambahan karbon juga menghasilkan beberapa perubahan penting

terhadap fasa. Yaitu, struktur kristal ferit yang mempunyai struktur Kristal BCC (body

centered cubic) dan austenite yang mempunyai struktur Kristal FCC (face centered

cubic) dimodifikasi dengan memasukkan atom karbon pada celah atau interisi antara

atom besi. Ketika batas kelarutan untuk karbon pada austenite terlewati maka karbida

besi atau sementit akan terbentuk pada baja (Wulandari, 2011).

Baja karbon (carbon steel) dapat diklasifikasikan pada karbon dan

kandungannya menjadi tiga golongan yaitu (Wulandari, 2011).

1. Baja karbon rendah (low carbon steel) – machine, machinery dan mild steel –

0,05 % - 0,30% C. Sifatnya mudah ditempa dan mudah di mesin.

Penggunaanya: - 0,05 % - 0,20 % C: automobile bodies, buildings, pipes, chains

(rantai), rivets (paku keling), screws (sekrup), nails (paku).

2. Baja karbon menengah (medium carbon steel) kekuatannya lebih tinggi dari

pada karbon rendah, sifatnya sulit untuk dibengkokkan, dilas, dipotong.

Penggunaanya: - 0,30% - 0,40% C: connecting rods (penghubung batang

/kabel), crank pins (pinengkol), axles (as roda).

3. Baja karbon tinggi (high carbon steel) – tool steel. Sifatnya sulit dibengkokkan,

dilas, dipotong. Kandungan 0,60 % - 1,50 % C, Penggunaan untuk pembuatan

7

obeng, palu tempa, meja pisau, rahang ragum, mata bor, alat potong, dan mata

gergaji, baja ini untuk pembuatan baja perkakas. Sifatnya sulit dibengkokkan,

dilas dan dipotong (Arifin dkk, 2008).

Menurut Nugraha (2012), kandungan karbon mempengaruhi kekuatan luluh

baja karna atom karbon akan menempati kisi kristalin secara inter fusi pada BCC

(body centered cubic). Pengurangan mobilitas karbon interstisial atau dislokasi

memiliki efek pengerasan pada besi. Agar menyebabkan dislokasi, harus

menerapkan tegangan pada tingkat yang cukup tinggi. Hal ini karena atom karbon

interstisial menyebabkan beberapa sel kisi BCC besi mendistorsi. Sebutan baja

karbon berlaku untuk baja yang mengandung unsur bukan hanya besi (Fe) dengan

persentase maksimum karbon (C) 1,7 % mangan (Mn) 1,65 % silicon (Si) 0,6 %

dan tembaga (Cu) 0,6 %. Karbon dan mangan adalah unsur utama untuk menaikkan

kekuatan besi murni.

2.1.3 Baja ST 37

Baja ST 37 termasuk baja karbon rendah dengan kandungan karbon kurang

dari 0,3 %. ST 37 ini menunjukkan bahwa baja ini dengan kekuatan tarik k antara 37

kg / mm2 sampai 45kg / mm2. Baja ini digunakan untuk kontruksi. Baja kontruksi oleh

karena kadar zat arangnya yang rendah, tidak dapat dikeraskan dan karena itu dapat

dilas dengan baik. Aplikasi baja ST 37 antara lain digunakan untuk pembuatan baja

batangan, tangki, perkapalan, jembatan, menara, pesawat angkat dan dalam

permesinan.

8

2.1.4 Pengaruh Unsur Paduan Pada Baja

Sifat baja sangat tergantung pada unsur-unsur yang terkandung didalamnya.

Unsur-unsur paduan ditambahkan untuk mengurangi sifat yang tidak diinginkan pada

baja karbon dan memperbaiki atau menambahkan sifat-sifat lain yang dikehendaki.

Pengaruh dari beberapa unsur paduan terhadap sifat baja paduan adalah sebagai berikut

ini :

a. Karbon ( C )

Karbon merupakan unsur penting dalam mempengaruhi harga kekerasan

bentuk fasa martensit. Selain itu kenaikan kandungan karbon akan

mempengaruhi terhadap kekuatan Tarik (tensile strength), keuletan (ductility)

dan sifat mampu las (weldability) akan menurun dengan naiknya kandungan

karbon.

b. Manggan (Mn)

Sebagai unsur paduan dalam baja konstruksi dan baja mesin, manggan juga

memperbaiki anatara lain kekuatan tariknya dan ketahanan ausnya, sebagai

unsur paduan dalam baja perkakas manggan memperbaiki sifat tahan

ukurannya.

c. Silikon (Si)

Silikon berfungsi sebagai deoksidasi dan dapat menaikkan hardenability dalam

jumlah sedikit, tetapi dalam jumlah yang banyak akan menurunkan

9

keuletannya. Kombinasi antara mangan, molybdenum dan chromium akan

menambah kekuatan dan ketangguhan pada baja tersebut.

d. Vanadium (V)

Vanadium dalam baja berperan sebagai salah satu unsur pembentuk karbida dan

penyetabil martensit. Vanadium dapat menurunkan hardenability karena

karbida-karbida yang terbentuk dapat menghambat pengintian dan

pertumbuhan butir austenite. Namu pada temperature tinggi karbida vanadium

larut dan unsur ini dapat meningkatkan hardenability.

e. Chromium (Cr)

Chromium sering ditemukan pada baja-baja perkakas yang merupaka elemen

penting setelah karbon. Chromium adalah salah satu unsur pembentuk karbida

dan meningkatkan ketahanan korosi dengan membentuk lapisan oksidasi di

permukaan logam.

f. Molybdenum (Mo)

Unsur ini dapat menguatkan fasa ferit dan menaikkan kekuatan baja tanpa

kehilanagan keuletan. Selain itu molybdenum juga berfungsi sebagai

penyetabil karbida, sehingga dapat mencegah pembentukan grafit pada

pemanas yang lama. Oleh karna itu penambahan Mo pada baja dapat

menaikkan kekuatan dan ketahanan terhadap creep pada suhu tinggi.

10

g. Tungsten (W)

Tungsten juga adalah salah satu unsur pembentuk karbida kompleks pada baja

perkakas. Karbida kompleks ini terbentuk karena adanya pendinginan yang

sangat lambat. Selain itu karbida ini mempunyai sifat meningkatkan kekerasan

dan kekuatannya.

h. Sulfur (S)

Sulfur dapat membuat baja menjadi lebih getas pada temperature yang tinggi,

oleh karna itu dapat merugikan baja yang digunakan pada suhu yang tinggi.

Pada umumnya kadar sulfur harus dikontrol serendah-rendahnya kurang dari

0,05%.

i. Phospor (P)

Phospor dalam jumlah besar dalam baja dapat meningkatkan kekuatan dan

kekerasan, akan tetapi juga menurunkan keuletan dan ketangguhan impak. Pada

baja-baja konstruksi kandungan phosphor dibatasi tidak lebih dari 0,05%.

j. Nikel (Ni)

Nikel merupakan logam keras akan tetapi liat. Nikel tahan korosi berkat lapisan

kuat oksidasi-nikel, Makan nikel digunakan untuk penutup logam-logam lain.

Nikel sebagai unsur paduan dalam baja konstruksi dan baja mesin, nikel dapat

memperbaiki antara kekuatan Tarik, sifat tahan korosif, sifat tahan panas dan

sifat maknitnya.

11

2.2 Pelapisan Logam

Salah satu cara finising logam yang banyak diterapkan adalah pelapisan

logam. Mekanisme dari proses ini dapat dilakukan dengan metode antara lain

secara celup panas (hot dip galfanis), semprot logam (metal spraying) dan secara

listrik (electroplating).

Pelapisan listrik (elektrolpating) adalah suatu proses pengendapan zat atau

ion-ion logam elektroda negatif (katoda) dengan cara elektrolisis. Terjadinya suatu

endapan pada proses ini dikarenakan adanya ion-ion bermuatan listrik yang

berpindah dan suatu elektroda melalui elektrolit yang mana hasil elektrolisis

tersebut akan mengendap pada katoda, sedangkan endapan yang terjadi bersifat

adesif terhadap logam dasar. Selama proses pengendapan berlangsung terjadi

reaksi kimia pada elektroda dan elektrolit baik reaksi reduksi maupun oksidasi dan

diharapkan berlangsung secara terus menerus menuju arah tertentu secara tetap.

Untuk itu diperlukan arus listrik searah (direct current) dan tegangan yang constant

(Saleh, A.A., 1995).

Prinsip atau teori elektro dasar dari elektroplating adalah berpedoman

atau berdasarkan Hukum Faraday yang menyatakan :

a. Jumlah perubahan kimia oleh suatu arus listrik sebanding dengan

banyaknya arus yang mengalir.

12

b. Jumlah aneka bahan berbeda yang dibebaskan oleh sejumlah tertentu listrik

sebanding dengan berat ekivalen kimianya.

2.2.1 Macam-Macam Pelapisan Logam

2.2.1.1 Pelapisan Dekoratif

Pelapisan dekoratif bertujuan untuk menambahkan keindahan pada

tampak luar suatu benda atau produk. Sekarang ini pelapisan dengan

menggunakan bahan krom yang digemari karena warnanya yang

cemerlang, tidak mudah terkorosi dan tahan lama. Produk biasanya banayak

digunakapada aksesoris kendaraan bermotor baik beroda 2 maupun beroda

4. Dengan kata lain pelapisan ini hanya untuk mendapatkan bentuk luar

yanag baik saja. Logam-logam yang biasa digunakan untuk pelapisan

dekoratif adalah emas, perak, nikel dan krom.

2.2.1.2 Pelapisan Protektif

Pelapisan protektif merupakan pelapisan yang berujuan untuk

melindungi logam yang dilapisi dari serangan korosi karena logam pelapis

tersebut akan memutuskan interaksi dengan lingkungan sehingga terhindar

dari proses oksidasi.

2.2.1.3 Pelapisan Untuk Sifat Khusus Permukaan

Pelapisan ini bertujuan untuk mendapatkan sifat khusus permukaan

seperti sifat keras, sifat tahan aus dan sifat tahan temperatur tinggi atau

hubungan dari beberapa tujuan diatas secara bersama. Misalnya dengan

13

melapisi bantalan dengan logam nikel agar bantalan menjadi lebih keras dan

tidak mudah aus akibat gesekan pada saat berputar.

2.2.2 Pelapisan Logam Ditinjau Dari Sifat Elektrokimia

2.2.2.1 Pelapisan Anodik

Pelapisan anodik merupakan pelapisan dimana potensial listrik logam

pelapis lebih anodic terhadap substrat. Contohnya pelapisan terhadap baja

yang memiliki potensial listrik -0,04 volt yang dilapisi dengan logam seng

yang memiliki potensial listrik -0,0762 volt. Logam seng bersifat lebih

anodik terhadap baja sehingga logam seng akan mengorbankan dirinya

dalam bentuk korosi sehingga logam yang lebih katodik terhindar dari

reaksi korosi. Pelapisan ini termasuk pada dalam jenis pelapisan protektif.

Keunggulan dari pelapisan ini adalah sifat logam pelapis yang bersifat

melindungi logam yang dilapisi sehingga walaupun terjadi cacat pada

permukaan dikarnakan retak, tergores, terkelupas akan terjadi “eksposure”

terhadap lingkungan sekitarnya sampai batas tertentu tetap terpoteksi oleh

logam pelapis.

2.2.2.2 Pelapisan Katodik

Pelapisan katodik merupakan pelapisan dimana potensial listrik logam

pelapis lebih katodik terhadap substrat. Contohnya pelapisan pada tembaga

yang memiliki potensial listrik +0,34 Volt yang dilapisi dengan logam emas

dengan potensial +1,5 Volt. Logam emas mempunyai sifat lebih mulia dari

14

pada logam tembaga , maka apabila logam pelapis mengalami cacat logam

yanag dilapisi akan terekspose ke lingkungan dan bersifat anodic sehingga

terjadi korosi local intensif terhadap substart. Pelapisan katodik sangat

cocok untuk digunakan pada pelapisan dekoratif karena umumnya aksesoris

dari bahan-bahan imitasi tidak dikenai gaya-gaya dari luar sehingga

sebagian kecil untuk mengalami cacat local pada permukaanya.

2.3 Elektrokimia

Elektrokimia merupakan suatu peristiwa kimia yang berhubungan dengan

energi listrik. Elektrokimia didefinisikan pula sebagai reaksi kimia yang melibatkan

adanya transfer elektron antara elektroda dengan larutan elektrolit lingkungan.

Elektrolit umumnya adalah larutan aqueros, tetapi elektrolit dapat juga berupa

polimer padat, oksida atau lelehan garam. Misalnya : larutan perak nitrat, seng sulfat.

(Agustinus Ngatin, 2010).

Prinsip dasar reaksi pada elektrokimia adalah reaksi reduksi oksidasi

(redoks) dan reaksi tersebut terjadi pada suatu sistem sel elektrokimia. Ada dua jenis

sel elektrokimia yaitu galvanis dan sel elektrolisis.

a. Sel galvani adalah suatu sel yang membebaskan energi listrik dari reaksi

kimia dan reaksi berlangsung secara spontan. Pada sel galvanis katoda

berfungsi sebagai penghantar listrik sehingga berkutub posistif. Proses

aliran elektron terjadi dari elektroda positif dengan melewati media

15

elektrolit yang berfungsi untuk penghantar arus listrik sehingga reaksi yang

terjadi adalah spontan.

b. Sel elektrolit merupakan suatu sel yang reaksinya terjadi akibat adanya arus

listrik searah. Pada sel elektrolisis elektroda yang berfungsi sebagai

penghantar listrik adalah anoda sehingga terjadi suatu pelarutan material

anoda menghasilkan kation logam (M+). Elektrolisis air merupakan reaksi

samping yang menghasilkan hidrogen pada katoda dan gas oksigen pada

anoda (Purwanto, 2005).

Pada sel elektrokimia dilengkapi dengan dua elektroda :

a. Anoda (reaksi oksidasi), Anoda adalah elektroda tempat terjadi

reaksi aksidasi yang ditandai dengan pelepasan elektron.

b. Katoda adalah suatu elektroda tempat terjadinya reaksi reduksi,

yang ditandai dengan penangkapn elektron. (Agustinus Ngatin,

2010)

2.4 Elektroplating

Elektroplating atau pelapisan listrik adalah suatu proses

pengendapan/deposisi suatu logam pelindung yang dikehendaki diatas logam lain

dengan cara elektrolisa. Biasanya elekrolisa dilakukan dengan suatu bejana yang

disebut sel elektrolisa yang berisi larutan elektrolit/rendaman. Pada rendaman ini

tercelup paling tidak dua elektroda Masing-masing elektroda dihubungkan dengan

arus listrik, yang terbagi menjadi kutub positif dan negative dikenal dengan katub

katoda dan anoda.

16

Selama proses lapis listrik berlangsung terjadi reaksi kimia pada daerah

elektroda/elektrolit: baik reaksi reduksi maupun reaksi oksidasi. Karena pada proses

lapis listrik reaksi berjalan terus menerus arah tertentu secara tepat, maka hal yang

paling peting dalam proses ini ialah mengoprasikan proses ini dengan arus searah.

Komponen yang berperan penting dalam proses lapis listrik adalah larutan elektrolit

(sumber pelapis), anoda, katoda (bahan uji), dan sirkuit luar.

Mengalirnya arus serah melalui larutan berkaitan dengan gerak partikel

bermuatan (ion). Ujung-ujung keluar masuknya arus dari kelarutan disebut elektroda.

Seperti diketahui pada bagian anoda reaksi yang terjadi adalah reaksi oksidasi

sedangkan pada katoda reaksinya adalah reduksi. Pergerakan dari ion-ion yang ada

menyebabkan terjadinya kedua macam reaksi pada sistem elektrokimia, ion yang

bergerak migrasi ke anoda disebut anion, sedangkan yang bergerak ke katoda disebut

kation.

Jika arus listrik dialirkan kedalam larutan elektrolit (larutan pelapis)

akan terjadi ion-ion dalam larutan tersebut. Ion positif bermigrasi ke arah elektroda

positif (anoda), bersamaan ini akan terjadi proses pemindahan muatan pada kedua

elektroda. Migrasi dari ion-ion tersebut menimbulkan terjadi reaksi reduksi

(katoda/benda kerja) dan reaksi oksidasi (anoda).

Elektroplating adalah suatu proses pelapisan dimana terjadi

pengendapan suatu lapisan logam tipis pada permukaan yang telah dilapisi dengan

menggunakan aliran arus listrik. Biasanya proses elektroplating ini dilakukan

dalam bejana atau cawan yang terdiri dari elektroda yang dihubungkan dengan arus

listrik searah (DC) dimana rangkaian ini disebut dengan sel elektrolisa. Pada bejana

17

atau cawan ini, paling tidak terdapat elektroda, masing-masing elektroda

dihubungkan dengan arus listrik yang terbagi menjadi kutub positif (anoda) dan

kutub negative (katoda) seperti gambar berikut :

Gambar 2.1 : skema proses elektroplating

2.4.1 Unsur-Unsur Pokok Proses Elektroplating

Parameter-parameter yang berpengaruh terhadap kualitas pelapisan

(Hartono, A.J. dan Kaneko, T., 1995), adalah :

1. Konsentrasi Larutan

Konsentrasi ini akan berkaitan dengan nilai pH dari larutan.

Pada larutan elektrolit nikel mempunyai batas pH agar proses

berlangsung baik, berkisar 1,5 – 5,2. Jika nilai pH melebihi batas nilai

yang diijinkan maka akan terjadi sumuran pada permukaan produk dan

lapisan tembaga kasar pada permukaan benda yang dilapisi.

2. Rapat Arus

Rapat arus merupakan harga yang menyatakan jumlah arus

listrik yang mengalir persatuan luas permukaan elektroda. Ada dua

18

macam rapat arus yaitu arus anoda dan arus katoda. Untuk proses lapis

listrik ini faktor rapat arus memegang peranan penting karena akan

mempengaruhi efesiensi arus. Efesiensi arus merupakan perbandingan

berat endapan yang terjadi dengan berat endapan secara teoritis dan

dinyatakan dalam persen. Tegangan dalam proses listrik diinginkan

dalam kondisi constant, artinya tegangan tidak akan berubah atau

terpengaruhi oleh besar arus yang terpakai.

I = 𝑽

𝑹

Keterangan :

I = Besarnya arus (A)

V = Tegangan (V)

R = Tahanan (Ω)

Untuk memfariasikan arus, yang diatur hanyalah tahanannya

saja, sedangkan voltasenya tetap. Satuan rapat arus dinyatakan dalam

A/dm2 atau A/Ft2 atau A/in2.

3. Temperatur

Temperatur sangat penting untuk menyeleksi cocoknya jalannya

reaksi dan melindungi pelapisan. Keseimbangan temperature

ditentukan beberapa faktor seperti ketahanan, jarak anoda dan katoda

serta besar arus yang digunakan.

19

4. Waktu Pelapisan

Waktu pelapisan akan mempengaruhi terhadap kuantitas dari

hasil pelapisan yang terjadi di permukaan produk yang telah dilapisi.

Kenaiakan waktu akan menyebabkan naiknya konduktivitas dan

difusivitas larutan elektrolit. Hal ini berarti tahanan elektrolit akan

mengecil sehingga potensial yang dibutuhkan untuk mereduksi ion-ion

logam berkurang.

2.4.2 Fungsi Elektroplating

Dalam teknologi pengerjaan logam, proses lapis listrik termasuk kedalam

proses pengerjaan akhir (metal finishing). Adapaun fungsi dan tujuan dari pelapisan

logam adalah sebagai berikut :

1. Memperbaiki tampak rupa (dekoratif) misalnya : pelapisan emas, perak,

kuningan, dan tembaga.

2. Melindungi logam dan dekorasi, yaitu :

- Melindungi logam dasar dengan logam lebih mulia, misalnya :

pelapisan platina, emas dan baja.

- Melindungi logam dasar dengan yang kurang mulia, misalnya:

pelapisan seng dan baja.

3. Meningkatkan ketahanan pada produk gesekan (abrasi), misalnya :

pelapisan chromium keras.

4. Memperbaiki kehalusan / bentuk permukaan toleransi logam dasar

misalnya: pelapisan nikel, chromium dan lain sebagainya.

5. Elektroforming, yaitu: membentuk benda kerja dengan cara endapan.

20

Pelapisan listrik ini juga bertujuan untuk melapisi logam pada

permukaan logam atau permukaan konduktif melalui proses

elektrokimia atau elektrolisa, agar mencapai permukaan yang tahan

korosi dan penampilannya bagus, mengkilap dan cemerlang.

2.5 Sifat-sifat Bahan pelapis

Lapisan metalik adalah penghalang yang sinambung antara permukaan

logam dan lingkungan sekelilingnya. Sifat-sifat ideal bahan pelapis dari logam ini

dapat ringkasan sebagai berikut:

a. Logam pelapis harus jauh lebih tahan terhadap serangan lingkungan

dibanding logam yang dilindungi.

b. Logam pelapis tidak boleh memicu korosi pada logam yang dilindungi

seandainya mengalami goresan atau pecah di permukaannya.

c. Sifat-sifat fisik, seperti kelenturan dan kekerasannya harus cukup dan

memenuhi persyaratan oprasional struktur atau komponen bersangkutan.

d. Metode pelapisannya harus bersesuaian dengan proses fabrikasi yang

digunakan untuk membuat produksi akhir.

e. Tebal lapisan harus merata dan bebas dari pori-pori. (Persyataran ini hampir

tidak mungkin dipenuhi).

2.6 Tembaga

Tembaga dengan nama kimia Cupprum dilambangkan dengan Cu, unsur

logam ini berbentuk kristal dengan warna kemerahan. Dalam tabel periodic unsur-

unsur kimia tembaga menempati posisi dengan nomer atom (NA) 29 dan mempunyai

21

bobot atom (BA) 63,546. Unsur tambahan di alam dapat ditemukan dalam bentuk

persenyawaan atau dalam senyawa padat dalam bentuk mineral. Dalam badan

perairan laut tembaga dapat ditemukan dalam bentuk persenyawaan ion seperti

CuCO3, CuOH, dan sebagainya (Fribeg, 1977). Tembaga (CU) mempunyai sistem

kristal kubik, secara fisik berwarna kuning dan apabila dilihat dengan menggunakan

mikroskop bijih akan berwarna pink coklatan sampai keabuan. Unsur tembaga

terdapat pada hampir 250 mineral, tetapi hanya sedikit saja yang komersial. Tembaga

merupakan suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki dalam logam-

logam penghantar listrik yang baik. Tembaga adalah penghantar listrik terbaik

setelah perak (Ag) sehingga Cu banyak digunakan dalam bidang elektronika.

Tembaga murni sifatnya halus dan lunak, dengan permukaan berwarna jingga

kemerahan. Tembaga dicampurkan dengan timah untuk membuat perunggu.

Tembaga (Cu) banayak digunakan sebagai peralatan elektronik sebesar 60%;

untuk kontruksi, misalnya atap dan plumbing adalah sebesar 20%; industri mesin,

yaitu sebagai pengganti penghantar panas sebesar 15%, dan berbagai alloy sebesar

5%. Dari berbagai limbah, limbah yang paling banyak mengandung logam berat

adalah limba industri. Hal ini disebabkan oleh adanya unsur logam berat yang banyak

digunakan dalam perindustrian, baik bahan baku, katalisator, maupun sebagai bahan

tambahan. Cu tidak bisa diuraikan di alam sehingga Cu akan diakumulasi didalam

tanaman dan hewan melalui tanah. Tanah yang banyak mengandung Cu berpengaruh

terhadap sktivitas mikroorganisme tanah dan cacing tanah, dan akan menyebabkan

dekomposisi senyawa organic sihingga mengurangi kesuburan tanah. (Widowati

Wahyu, 2008)

22

2.6.1 Sifat Fisik Tembaga

1. Tembaga merupakan logam yang berwarna kuning kemerahan seperti

emas kuningan dan keras bila tidak murni.

2. Muda ditempa (liat) dan bersifat mulur sehingga mudah dibentuk

menjadi pipa, lembaran tipis dan kawat.

3. Konduktor panas dan listrik yang baik, kedua setelah perak. Dengan

karakteristik sebagai berikut.

Tabel 2.1 Sifat Fisik Tembaga

Bentuk Padat

Warna Logam Kuning Emas

Massa Jenis 8.96 g/cm3

Titik Lebur 1357.77 K (1084.62 )

Titik Didih 2835 K (2562 , 4643 )

Kalor Peleburan 13.26 kj/mol

Kalor pengupan 300.4 kj/mol

Kapasitas Kalor (25) 24.440 J/(mol.K)

2.6.2 Sifat Kimia Tembaga

1. Tembaga merupakan unsur yang relatif tidak reaktif sehingga tahan

terhadap korosi. Pada udara yang lembab permukaan tembaga ditutupi

oleh suatu lapisan yang berwarna hijau yang menarik dari tembaga

karbonat basa, Cu(OH)2CO3.

23

2. Tembaga panas dapat bereaksi dengan uap belerang dan halogen.

Bereaksi dengan belerang membentuk tembaga(I) sulfide dan

tembaga(II) sulfida dan untuk reaksi dengan halogen membentuk

tembaga(I) klorida, khusus kalor yang mengasilkan tembaga(II) klorida.

3. Pada umumnya lapisan tembaga ialah lapisan dasar yang harus dilapisi

lagi dengan nikel atau krom. Pada prinsipnya ini merupakan proses

pengendapan logam secara elektrokimia, digunakan listrik arus searah.

4. Dalam udara kering sukar teroksidasi, akan tetapi jika dipanaskan

membentuk oksidasi tembaga (CuO).

5. Dalam udara lembab akan diubah menjadi senyawa karbonat atau karat

basa, menurut reaksi : 2Cu + O2 + CO2 + H2O → (CuOH)2 + CO3

6. Tidak dapat bereaksi dengan larutan HCl encer maupun H2SO4 encer

7. Dapat bereaksi dengan H2SO4 pekat maupun HNO3 encer dan pekat

Cu + H2SO4 → CuSO4 + 2H2O + SO2

Cu + 4HNO3 pekat → Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2

3Cu + 8HNO3 encer → 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO

8. Pada umunya lapisan tembaga adalah lapisan dasar yang harus dilapisi

lagi dengan Nikel atau khrom. Pada prinsipnya ini merupakan proses

pengendapan logam secara elektrokimia, digunakan listrik arus searah

(DC). Jenis elektrolit yang digunakan adalah tipe alkali dan tipe asam.

24

Tabel 2.2 Sifat Kimia Tembaga

Nama, Lambang, Nomer Atom Tembaga, Cu, 29

Deret Kimia Logam transisi

Golongan, Periode, Blok 11, 4, d

Massa Atom 63.546(3) g/mol

Konfigurasi Elektron [Ar] 3d10 4s1

Bilangan oksidasi 2,1 (oksida amfoter)

Struktur Kristal Kubus pusat muka

2.7 Karakteristik Pengujian Material

2.7.1 Ketebalan

Ketebalan adalah salah satu persyaratan penting dari suatu lapisan hasil

electroplating. Oleh karena itu, dari sekian banyak jenis pengujian yang dilakukan

terhadap hasil plating, pengukuran ketebalan adalah salah satu uji yang harus

dilakukan.

Dalam merencanakan pengukuran ketebalan perlu diperhatikan kejelasan

pengukuran ketebalan yang diinginkan, yaitu ketebalan rata-rata atau ketebalan pada

lokasi atau titik tertentu yang sangat strategis. Diambil ketebalan rata-rata karena

distribusi ketebalan yang serba sama disetiap titik pada suatu permukaan yang

dilapisi jarang sekali bisa dihasilkan dengan proses electroplating.

25

Perhitungan Berat dan Ketebalan Lapisan Nikel Secara Teoritis :

Michael Faraday menemukan hubungan antara produk suatu endapan dari

ion logam dengan jumlah arus untuk mengendapkannya. Hubungan ini dapat

diungkapkan dalam Hukum Faraday sebagai berikut:

1. Jumlah bahan yang terdekomposisi saat berlangsung elektrolisa

berbanding lurus dengan kuat arus dan waktu pengaliran dalam larutan

elektrolit.

2. Jumlah arus yang sama akan membebaskan jumlah ekivalen yang sama

dari berbagai unsur.

Pernyataan ini dapat dirumuskan :

W = 𝐼.𝑡.𝐵

𝑍 . 𝐹 Dengan Keterangan:

W : Berat endapan pelapisan (gram)

I : Arus (ampere)

t : Waktu (detik)

B : Berat atom (gr/mol)

Z : Valensi

F : Bilangan Faraday 96.500 Couloumb

Dari rumus tersebut, volume endapan diperoleh dengan perhitungan:

V = 𝑊

𝑃

Dengan :

V = Volume endapan (cm)

26

𝜌 = Densitas adalah kerapatan logam pelapis (gr/cm3)

W = Berat endapan (gram)

Dengan mengukur langsung permukaan benda kerja, maka ketebalan dapat

ditentukan :

S = 𝑉

𝜌

Dengan :

S = Ketebalan (cm)

V = Volume (cm3)

A = Luas Permukaan (cm2)

Dari rumus-rumus diatas, untuk menentukan laju ketebalan lapisan (S), dapat

dituliskan sebagai berikut :

S = 𝐼 . 60 . 𝐵

𝑍 . 𝐹 . 𝐴 .𝜌

2.8 Reaksi Yang Terjadi Pada Larutan Elektrolit

Larutan elektrolit CuSO4 terurai menjadi ion Cu dan SO4. Kation elektrolit

(SO42-) menempel pada anoda. Reaksi tersebut dapat ditulis sebagai berikut :

CuSO4 Cu2+ + SO42-

a. Raeksi pada katoda

27

Plat baja mengalami pelepasan oksigen terhadap larutan Tembaga

(CuSO4) akibat adanya arus listrik searah dengan tegangan konstan sehingga

ion tembaga (Cu) akan menempel pada permukaan plat baja atau besi dengan

perantara elektrolit tembaga. Sehingga plat baja/besi terlapisi tembaga. Reaksi

yang terjadi pada katoda dapat ditulis :

Cu2+ + 2e- Cu

b. Reaksi pada anoda

Reaksi yang terjadi pada anoda adalah bahan pelapis tembaga (Cu)

mengikat oksigen yang dilepaskan oleh plat/besi. Bahan pelapis nikel akan

mengalami pengikatan yang kemudian akan terlarut pada elektrolit tembaga (II)

sulfat yang telah melapisi plat tersebut. Sehingga larutan elektrolit tembaga

sulfat (CuSO4) tetap stabil, akibatnya bahan pelapis tembaga (Cu) lama

kelamaan akan berkurang atau habis. Reaksi yang terjadi pada katoda dapat

ditulis :

Cu Cu2+ + 2e

2.9 Teknik Pelapisan Logam

Prinsip kerja elektroplating merupakan rangkaian yang terdiri dari sumber

arus searah, anoda, katoda, serta larutan elektrolit. Anoda (bahan pelapis)

dihubungkan dengan kutub positif searah.

a. Katoda (benda kerja) dihubungkan dengan kutub negative arus searah.

b. Anoda dan katoda dimasukkan dalam larutan elektrolit.

28

Bila arus listrik dialirkan diantara kedua elektroda (anoda dan katoda)

didalam larutan elektrolit, maka muatan ion positif akan ditarik oleh katoda, sementara

ion yang bermuatan negative berpindah kearah elektroda bermuatan positif (anoda).

Ion-ion tersebut dinetralisir oleh kedua kedua elektroda (katoda dan anoda) dan

larutan elektrolit yang hasilnya diendapkan ke latoda (benda kerja). Anoda dalam

elektroplating memiliki dua fungsi, pertama adalah untuk menyalurkan kutub positif,

dan kedua untuk memperbarui logam larutan yang terdeposisi pada katoda. Anoda

dapat digunakan dalam berbagai bentuk (bongkahan logam padat atau pecahan logam

kecil), yang dapat bersifat inert maupun aktif. Masing-masing memiliki sifat

keunggulan dan kekurangan sendiri. Anoda aktif cenderung bertindak memperbarui

larutan dan meminimumkan penambahan bahan kimia pada larutan.

Anoda aktif ini pada umumnya lebih mahal dari pada logamnya. Kekurangan

anoda aktif terletak pada sifatnya yang cenderung tidak murni, sehingga dapat

mengakibatkan endapan larutan (mengganggu proses plating). Selain itu anoda aktif

harus dikontrol agar tidak sampai membentuk lapisan film pada permukaan yang dapat

mempengaruhi keaktifannya. Ada banyak keuntungan dari anoda inert, diantaranya

tidak adanya endapan yang ditimbulkan, tidak memerlukan pengontrolan, dan tidak

akan berubah baik ukuran maupun bentuknya. Sebaliknya, pada proses yang

menggunakan anoda inert, logam dalam larutan harus diperbarui dengan penambahan

bahan kimia secara berkala atau diuji melalui laboratorium. Anoda tunggal pada

dasarnya tidak dapat digunakan sepenuhnya, cepat atau lambat akan tersisa bagian dari

anoda yang tidak dapat digunakan lagi dan harus dikembalikan ke pabrik

29

pembuatannya untuk dicairkan dan dibentuk kembali. Anoda tunggal terasa lebih berat

dan sulit dipindah-pindahkan.

Anoda yang berupa kepingan dapat sepenuhnya dikonsumsi untuk plating.

Anoda ini lebih mudah dipindahkan, merupakan kebalikan dari anoda tunggal. Namun

anoda ini memerlukan pengontrolan yang lebih dari pada anoda tunggal, karena arus

dapat hilang saat melewati keranjang tempat anoda kepingan diletakkan (sehingga

efisiensi arus cenderung rendah).

Logam campuran lebih cepat larut dari anoda dan mengendap larutan.

Akibatnya partikel ini dapat menempel pada katoda membentuk permukaan kasar,

lubang, dan bagian yang tidak terlapis. Untuk mengatasi hal ini, anoda diletakka pada

tempat yang dapat menampung endapannya sehingga endapan tidak sampai keluar dari

tempat anoda lalu mengotori larutan. Namun demikian plating tetap harus diperbarui

secara berkala. Pada industry plating umumnya juga digunakan sebuah filter yang

berfungsi sebagai penyaring endapan yang berasal dari anoda. Alat filter ini dijalankan

selama proses plating berlangsung sehingga larutan plating selalu berada dalam bersih

dari endapan.

Sedangkan katoda dalam elektroplating berfungsi sebagai penyalur kutup

negatif atau sering disebut bahan yang akan dilapisi biasanya memiliki syarat bebas

dari kotoran debu, minyak terutama lemak. Biasanya arah gerak arus elektron dari

anoda ke katoda dan arah gerak arus listrik dari katoda menuju anoda.

30

2.9.1 Persiapan Permukaan

Langkah awal sebelum proses pelapisan dilakukan yaitu membersihkan

permukaan benda kerja dari berbagai macam kotoran baik organic maupun non organic

seperti kerak, lemak, sisa minyak dan sebagainya, yang menempel pada permukaan

benda kerja tersebut. Permukaan benda kerja yang dibersihkan harus benar-benar

bersih karena hal ini sangat mempengaruhi hasil pelapisan. Disamping itu pembersihan

ini bertujuan agar memperoleh kondisi fisik permukaan benda kerja yang lebih aktif.

Sebelum dilakukan pelapisan pada logam, permukaan logam harus disiapkan

untuk menerima adanya lapisan. Persiapan ini bertujuan untuk meningkatkan daya ikat

antara lapisan dengan bahan yang dilapisi. Permukaan yang ideal dari bahn dasar

adalah permukaan yang seluruhnya mengandung atom bahan tersebut tanpa adanya

bahan asing lainnya (Hartono,A.J. dan Kaneko, T., 1995). Untuk dapat mendapatkan

kondisi seperti tersebut perlu dilakukan pengerjaan pendahuluan dengan tujuan :

a. Menghilangakan semua pengotor yang ada dipermukaan benda kerja

seperti pengotor organic dan anorganik/oksida.

b. Mendapatkan kondisi fisik permukaan yang lebih baik dan lebih aktif.

Teknik pengerjaan pendahuluan ini tergantung dari pengotornya, tetapi

secara umum dapat diklasifikasi sebgai berikut :

a. Pembersihan Secara Mekanik

Pekerjaan ini bertujuan untuk menghaluskan permukaan dan menghilangkan

goresan-goresan serta geram-geram yang masih melekat pada benda kerja.Biasanya

31

untuk menghilangkasn goresan-goresanntersebut dilakukan dengan mesin gerinda,

sedangkan untuk menghaluskan permukaannya dilakukan dengan proses buffing.

Prinsipnya sama seperti proses gerinda, tetapi roda/wheel polesnya yang berbeda yaitu

terbuat dari bahan katun, kulit dan laken. Selain dari pengerjaan seperti tersebut diatas,

kadang-kadang diperlukan proses lain misalnya penyikatan (brushing) dan

brightening.

b. Pembersihan dengan Pelarut (Solvent)

Proses ini bertujuan untuk membersihkan lemak, minyak, garam dan

kotoran-kotoran lainnya dengan pelarut organik. Proses pembersihan pada

temperature kamar yaitu dengan menggunakan pelarut organic, tetapi dilakukan pada

temperature kamar drngan cara diusap/dioles.

c. Pembersihan dengan Alkalin (Degreasing)

Proses ini bertujuan untuk membersihkan benda kerja dari lemak atau

minyak-minyak yang menempel. Pembersihan ini perlu sekali, karena lemak atau

minyak-minyak tersebut mengganggu pada proses pelapisan. Pencucian dengan alkali

digolingkan dalam du acara yaitu dengan cara bisa (alkaline degreasing) dan dengan

cara elektro (elektrolitic degreasing). Pembersihan secara biasa adalah merendam

benda kerja kedalam larutan alkali dalam keadan panas 5-10 menit. Lamanya

perendaman harus disesuaikan dengan kondisi permukaan benda kerja. Seandainya

lemak atau minyak yang menempel lebih banyak, maka dianjurkan lama perendaman

ditambah hingga permukaan bersih dari noda-noda tersebut.

d. Pencucian dengan asam (Pickling)

32

Pencucian dengan asam adalah bertujuan untuk membersihkan permukaan

benda kerja dari oksida atau karat dan sejenisnya secara kimia melalui perendaman.

Larutan asam ini tersebut dari pencampuran air bersih dengan asam antara lain :

- Asam klorida (HCl)

- Asam sulfat (H2SO4)

- Asam sulfat dan asam fluorida (HF)

Reaksi proses pickling sebetulnya adalah proses elektrokimia dalam galvanis

antara logam dasar (anoda) dan oksida (katoda). Gas H2 yang timbul dapat mereduksi

ferrioksida menjadi ferrooksida yang mudah larut. Dalam reaksi ini biasanya

diberikan inhibitor afar reaksi tidak terlalu cepat dan menghasilkan pembersihan yang

merata. Untuk benda kerja dari besi/baja cor yang masih mengandung sisa-sisa pasir

dapat digunakan larutan campuran dari asam sulfat dan asam flourida, sebab larutan

tersebut dapat berfungsi selain untuk menghilangkan oksida/serpih juga dapat

membersihkan sisa-sisa pasir yang menempel pada benda kerja (Saleh, A.A, 1995).

2.10 Penelitian Terdahulu

Penelitian terdahulu yang digunakan sebagai acuan dalam melakukan

penelitian sehingga dapat memperkaya teori dalam mengkaji penelitian yang

dilakukan. Berikut ini merupakan penelitian terdahulu berupa beberapa jurnal terkait

dengan penelitian yang dilakukan.

Penelitian oleh Basmal dkk, (2012) mengenai pengaruh suhu dan waktu

pelapisan tembaga-nikel pada baja karbon rendah secara electroplating terhadap nilai

33

ketebalan dan kekerasan. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh suhu dan

waktu electroplating terhadap nilai ketebalan dan kekerasan permukaan,

Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa nilai kekerasan permukaan dan

ketebalan lapis tembaga-nikel dalam proses electroplating, suhu pelapisan memberikan

pengaruh yang yang cukup besar dengan waktu pelapisan.

Penelitian oleh Setyowati dkk, (2012) mengenai pengaruh rapat arus

terhadap ketebalan dan struktur Kristal lapisan nikel pada tembaga. Penelitian ini

membahas tentang rapat arus ketabal struktur Kristal lapisan nikel pada tembaga,

berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan pelapisan Ni pada tembaga pada proses

electroplating menunjukkan bahwa semakin tinggi rapat lapisan nikel yang terjadi

dipermukaan tembaga semakin tebal pada waktu dan tegangan tetap.

Penelitian oleh Buyang Y, Asmaningrum (2015) mengenai pengaruh voltase

dan waktu terhadap pengendapan logam mangan dan seng pada lempeng tembaga

menggunakan metode electroplating. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan

voltase optimum pengendapan logam mangan dan seng, dan menentukan waktu

optimum pengendapan logam mangan dan seng. Hasil penelitian diperoleh bahwa

proses pengendapan logam mangan dan seng voltase optimumnya adalah 4,5V dan 6V

untuk logam mangan dan seng, dan waktu optimum pengendapan logam mangan dan

seng adalah 150 menit.

Penelitian oleh Harnowo dkk, (2013) mengenai pengaruh rapat arus dan

temperature elektrolit terhadap ketebalan lapisan dan efesiensi katoda pada

34

electroplating tembaga untuk baja karbon sedang. Hasil penelitian ini dapat

disimpulkan bahwa massa aktual rata-rata yang dihasilkan dari proses electroplating

sebanding dengan tingkat penambahan rapat arus yang mengalir dan temperature

elektrolit secara matematis tidak berpengaruh pada lapisan yang dihasilkan pada suatu

proses electroplating, akan tetapi pada praktiknya memiliki dampak yang cukup

kentara.

Penelitian oleh Eko Budianto dkk, (2016) mengenai pengaruh jarak anoda-

katoda pada proses electroplating tembaga terhadap ketebalan lapisan dan efesiensi

katoda baja AISI 1020. Dari hasil penelitian mengenai pengaruh variasi jarak anoda-

katoda dari hasil electroplating dapat disimpulkan semakindekat jarak anoda-katoda

maka semakin tebal pelapisan.ketebalan paling maksimum didapatkan pada jarak 5 cm

sebesar 0.108 mm sedangkan ketebalan minimum lapisan didapatkan pada jarak 20 cm

sebesar 0.058 mm. hal yang sama berlaku pada besaran massa, nilai maksimum

didapatkan pada jarak 5 cm sebesar 0.23 gram, nilai minimumpada jarak 20 cm sebesar

0.12 gram. Efesiensi tertinggi didapat pada jarak 5 cm sebesar 82.61% sedangkan

efesiensi katoda terendah didapatkan pada jarak 20 cm sebesar 66.67%.