BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Dasar Teori

Korosi adalah suatu pokok bahasan yang menyangkut berbagai disiplin ilmu, atau

dengan kata lain ini menggabungkan unsur-unsur fisika, kimia, metalurgi, elektronika dan

perekayasaan. Kebanyakan dari kita yang berkecimpung dalan penanggulangan korosi sering

mempunyai latar belakang salah satu atau beberapa disiplin ilmu utama itu tetapi tidak

semuanya jadi seorang pakar elektrokimia tidak selalu mendalami aspek-aspek korosi dari

segi metalurgi atau rekayasa, sementara pakar metalurgi perekayasa mekanik atau perekayasa

struktur tidak harus memahami secara lengkap prisip-prinsip kelistrikan dibalik suatu uji

suatu korosi. Demikian pula seorang mahasiswa sering menemui kesulitan didalam

memahami korosi karena kurang pengetahuannya dalam salah satu atau beberpa ilmu dasar

tadi. Untuk pemahaman korosi khususnya dilingkungan air penting sekali memahami teori

yang paling mendasar sebelum memahami teori yang lebih kompleks. Teori tersebut adalah

sel korosi basah sederhana dimana teori tersebut adalah suatu rangkaian sederhana yang

terdiri dari empat komponen. Komponen tersebut adalah sebagai berikut :

a). Anoda

Anoda biasanya terkorosi dengan melepasakan elektron-elektron dari atom-atom logam

netral untuk membentuk ion-ion yang bersangkutan. Yang ion mungkin tetap tinggal dalam

larutan atau bereaksi membentuk hasil korosi yang tidak larut. Reaksi yang terjadi adalah :

M Mz+ + ze-

b). Katoda

Katoda biasanya tidak mengalami korosi, walaupun mungkin menderita kerusakan dalam

kondisi-kondisi tertentu. Dua reaksi yang penting dan umum yang terjadi pada katoda,

tergantung pH yang bersangkutan yaitu :

(1). pH < 7 : H+ + e- H (atom)

2H H2 (gas)

(2). pH ≥ 7 : 2H2 O + O2 + 4e- 4OH-

c). Elektrolit

Istilah elektrolit diberikan kepada larutan, yang dalam hal ini harus bersifat

mengantarkan listrik.

d). Hubungan Listrik

Antara anoda dan katoda harus terdapat hubungan listrik agar arus dalam sel korosi

dapat mengalir.

Gambar 1 : Sel Korosi Basah Sederhana

Keterangan :

1. Anoda 2. Elektrolit 3. Hubungan Listrik 4. Katoda

2.2. Pengertian Korosi dan Proses Korosi

Korosi berasal dari bahasa latin “Corrodere” yang artinya perusakan logam atau

berkarat akibat lingkungannya. Korosi adalah suatu reaksi redoks antara logam dengan

berbagai zat yang ada dilingkungannya, sehingga menghasilkan senyawa-senyawa yang

tidak dikehendaki. Dalam kehidupan sehari-hari korosi kita dengan istilah perkaratan.

Daerah yang paling agresif pada lingkungan laut adalah zona atmosferik dan zona

percikan (splashing) karena pada zona tersebut kandungan oksigennya sangat tinggi,

sehingga meningkatkan laju korosi. Agresifitas lingkungan laut disebabkan oleh beberapa

factor, seperti :

- laut merupakan elektrolit yang memiliki sifat konduktifitas yang sangat tinggi.

- Kandungan oksigen terlarut cukup tinggi.

- Temperatur permukaan laut yang cukup tinggi.

- Ion klorida pada air laut umumnya tinggi.

- Adanya biofoling

Bentuk-bentuk serangan korosi yang umum terjadi dilingkungan laut adalah korosi

merata, korosi galvanic, korosi sumuran (pitting) dan korosi celah ( crevice). Korosi dapat

terjadi karena beberapa proses, antara lain adalah sebagai berikut :

a). Proses Fisis

Adalah korosi yang disebabkan karena struktur logam dari material tersebut yang

memungkinkan terjadinya pengkaratan.

b). Prosos Khemis

Adalah korosi yang disebabkan karena adanya proses secara kimia antara logam dengan

kondisi lingkungan sekitar, yang dalam hal ini adalah air dan udara.

c). Proses Biologis

Adalah korosi yang disebabkan adanya proses biologis, yang dalam hal ini adalah

disebabkan oleh mikroba. Mikroba dalam proses korosi dapat bekerja sendiri atau merupakan

gabungan dari sejumlah dari sejumlah mikroba yang berbeda.

2.3. Pengertian Anoda

Didalam proses korosi, secara kimia benda akan melepaskan elektron-elektron bebas

yang terdapat pada struktur benda itu sendiri, peristiwa ini disebut oksidasi atau karat pada

logam. Peristiwa ini disebabkan oleh potensial benda yang lebih besar dibanding potensial

dilingkungan sekitarnya. Dengan demikian benda tersebut harus dilindungi agar laju korosi

bisa terhambat.

Salah satu cara perlindungan tersebut adalah diberikan anoda pada benda tersebut.

Anoda merupakan suatu alat dari logam yang biasa dipasang pada lambung kapal untuk

memproteksi kapal tersebut dari korosi (karat). Metode pengendalian korosi semacam ini ada

dua cara yaitu, metode anoda tumbal (sacrificial anoda) dan metode arus terpasang

(impressed current).

Metede anoda tumbal adalah metode yang menggunakan prinsip dasar dwilogam, yaitu

apabila dua logam yang mempunyai potensial yang berbeda apabila digabungkan akan

berperan menjadi anoda sedangkan logam yang satu akan berperan menjadi katoda. Dengan

cara ini anodalah yang akan terkorosi sedangkan katoda tidak terkorosi.

Metode arus terpasang juga menggunakan prisip dasar yang sama dengan metode anoda

tumbal, tetapi dalam proses kerjanya anoda arus terpasang tidak terkorosi karena

menggunakan teknik elektrik.

2.4. Dasar Teori Proteksi Anodik dan Katodik

Lingkungan laut adalah lingkungan yang paling rentan terhadap korosi. Seperti

lambung kapal yang terbuat dari baja, anjungan pengeboran lepas pantai, dan pipa minyak

serta gas dalam laut, semua harus dilindungi terhadap serangan korosi dengan cara

menggunakan metode-metode dan teori-teori tentang korosi.

Gambar 2. Diagram E/pH untuk besi dalam air

Dari gambar diatas potensial korosi bebas, Ekor, untuk besi dalam air yang teraerasi

berada dalam rentang -600 hingga -700 mV SSC pada pH sama dengan 7. Potensial ini

dinyatakan dengan titik O dalam gambar. Untuk kondisi air laut, perubahan yang paling

tampak diatas adalah tidak adanya pasivasi dibawa pH samadengan 5. ini sangat tidak relevan

dengan kondisi air laut alami yang mempunyai pH antara 8,2 dan 8,5. karena itu titik O

digeser ke harga pH yang sesuai, tetapi rentang harga-harga Ekor sendiri tetap sama. Entah

berada dalam lingkungan yang mengandung klorida atau tidak, titik O selalu berada dalam

zona korosi dan besi akan berkarat dengan cepat apabila pemasokan oksigen slalu cukup.

Ada empat macam cara berbeda yang mempengaruhi kesetimbangan termodinamik

dititik O yaitu :

Cara (a) pengurangan pH : dalam hal ini larutan dibuat lebih asam. Dari gambar diatas

tersirat bahwa spesimen tetap berada dalam zona korosi pada semua harga pH < 7, yakni zona

ketika ion-ion besi yang dapat larut merupakan unsur yang paling mantap karena laju korosi

meningkat bila pH turun.

Cara (b) peningkatan pH : peningkatan sedikit saja ternyata memindahkan besi ke

daerah pemasifan, karena unsure paling mantap disini adalah besi hidroksida (atau oksida

terhidrasi) yang tidak dapat larut. Kalau bahan itu dibiarkan melapisi besi, maka akan

mengurangi laju korosi karena selaput itu akan memisahkan besi dari lingkungan yang

korosif. Tetapi kita tidak dapat beranggapan bahwa selaput yang tidak dapat larut tersebut

akan selalu menjadi pelindung, Karena apabila selaput tersebut kedap air, rusak akibat aliran

elektrolit atau akibat kegiatan mekanik maka korosi akan berlanjut.

Cara (c) pemberian potensial lebih negative : kondisi akan pindah ke daerah kekebalan.

Karena perbedaan antara zona korosi dan zona kekebalan atau yang menjadi batas antara

kedua zona itu logam dengan potensial kurang dari -800 mV SSC pada pH 7.

Tetapi meskipun logam berada didaerah kekebalan, reaksi korosi masih bisa berlangsung

karena reaksi-reaksi anodik dan katodik bervariasi terhadap potensial. Semakin negatif

potensial semakin lambat reaksi katodik, sebaliknya reaksi katodik justru semakin cepat.

Akibatnya logam menjadi lebih katodik inilah prinsip proteksi katodik pada logam.

Cara (d) potensial dibuat lebih positif : yaitu logam dibawah ke daerah pasif yaitu

kondisi dimana laju korosi mempunyai peluang untuk berkurang akibat pembentukan selaput

antara logam dan elektrolit. Cara ini telah digunakan secara efektif untuk kombinasi-

kombinasi baja dengan elektrolit tertentu, sebagaimana hal nya untuk kombinasi-kombinasi

elektrolit dan logam-logam lain. Cara ini dikenal sebagai proteksi anodik.

Dalam contoh diatas kita telah menemukan bahwa cara-cara (b) (c) dan (d) merupakan

tiga cara perlindungan terhadap korosi yang teoritis. Kalau cara (b) yang dipilih, elektrolitnya

sendiri sering berada diluar kemampuan pengendalian perekayasa atau pakar korosi yang

bertugas. Pada anjungan minyak lepas pantai, misalnya, tidak ada orang yang sanggup

mengubah pH air laut. Demikian pula, perekayasa proses tidak dapat mengubah komposisi

produk yang ingin dibuatnya tetapi yang telah menyebabkan wadah dan pipa-pipa mengalami

korosi. Ada kalanya, inhibitor tertentu dapat ditambahkan ke dalam elektrolit. Cara (c) dan

(d) merupakan dasar pengendalian korosi melalui proteksi katodik dan anodik.

2.5. Jenis-Jenis korosi

Berdasarkan bentuk dan tempat terjadinya, korosi terbagi dalam beberapa jenis

antara lain; korosi merata (uniform corrosion), korosi sumuran, korosi antar butir, korosi

erosi, korosi galvanik dan korosi celah dan masih banyak lainnya. Berikut ini merupakan

penjelasannya;

2.5.1 Korosi Merata

Korosi merata atau general corrosion merupakan bentuk korosi yang paling lazim

terjadi. Korosi yang muncul terlihat merata pada seluruh permukaan logam dengan intensitas

yang sama. Salah satu contohnya adalah effek dari korosi atmosfer pada permukaan logam.

Korosi merata terjadi apabila seluruh bagian logam memiliki komposisi yang sama.

Korosi merata terjadi karena proses anodik dan katodik yang berlangsung pada

permukaan logam terdistribusi secara merata. Ini terjadi karena adanya pengaruh dari

lingkungan sehingga kontak yang berlangsun mengakibatkan seluruh permukaan terkorosi.

Korosi seperti ini umumnya dapat kita temukan pada baja diatmosfer dan pada logam atau

paduan yang aktif terkorosi (potensial korosinya berada pada daerah kestabilan oin nya dalam

diagram potensial pH).

Kerusakan material yang diakibatkan oleh korosi merata umumnya dinyatakan dengan

laju penetrasi yang ditujukan pada table sebagai berikut :

Ketahanan

Relatif Korosi

mpy mm/yr mm/yr mm/h

Outstanding < 1 < 0,02 < 25 < 2

Excellent 1 – 5 0,02 – 0,1 25 - 100 2 - 10

Good 5 – 20 0,1 – 0,5 100 – 500 10 - 50

Fair 20 - 50 0,5 – 1 500 - 1000 50 - 150

Poor 50 – 200 1 – 5 1000 - 5000 150 - 500

Unexceptable 200 + 5 + 5000 + 500 +

Keterangan : - mpy ( mils penetration per year) dimana I mpy = 0,0254 mm/yr

Sumber : dikutip dari Corrosion Engineering, 3 ed, Mars G. Fontana

Secara teknik korosi merata tidak berbahaya karena laju korosinya dapat diketahui

dan diukur dengan ketelitian tinggi. Kegagalan materi akibat serangan korosi ini dapat

dihindari dengan pemeriksaan dan monitoring secara teratur. Korosi pada logam terjadi

karena adanya reaksi redoks antara logam dengan lingkungannya. Korosi merata berlangsung

secara lambat dan korosi ini dipicu oleh korosi yang mula-mula terjadi pada sebagian

permukaan logam sehingga dengan bertambahnya waktu akan menyebar keseluruh

permukaan logam. Korosi yang tejadi pada logam besi prosesnya bisa dilihat dibawah ini :

Reaksi yang terjadi adalah :

Fe (s) Fe2+ + 2e (reaksi oksidasi)

O2 + 2H2 O + 4 e 4- OH (reaksi reduksi)

2 Fe + O2 + 2H2O 2 Fe (OH)2 (redoks)

Laju korosi dapat diturunkan dengan perlindungan melalui penambahan inhibitor pada

larutan. Teknik-teknik perlindungan seperti proteksi katoda dan anoda, pelapisan, inhibitor

dan pemilihan material sering digunakan sebagai cara perlindungan korosi paling efektif.

Pengetahuan mengenai karateristik korosi dan laju korosi pada logam dan paduan

logam sebagaimana ditunjukkan dalam literature atau yang diukur melalu teknik elektrokimia

ataupun melalui pengurangan berat logam memungkinkan dilakukannya pemilihan material

yang baik. Cara terbaik untuk menhindari terjadinya korosi merata adalah dengan melakukan

penanganan langsung pada bagian logam yang terkorosi sebelum korosi ini menyebar

kesemua permukaan logam.

Gambar 3. Korosi Merata

2.5.2 Korosi Sumuran

Korosi sumuran merupakan korosi yang muncul dan terkonsentrasi pada daerah

tertentu. Bentuk korosi ini biasanya disebabkan oleh klorida. Mekanisme terbentuknya korosi

sumuran sama dengan korosi celah. Hanya saja korosi sumuran ukurannya lebih kecil jika

dibandingkan dengan korosi celah. Karena jaraknya yang saling berdekatan satu sama lain,

korosi sumuran akan mengakibatkan permukaan logam menjadi kasar. Korosi sumuran

terjadi karena komposisi material yang tidak homogen, rusaknya lapisan pelindung, adanya

endapan dipermukaan material, serta adanya bagian yang cacat pada material.

Gambar 4. Mekanisme Korosi Sumuranar gambar 5. Korosi Sumuran

2.5.3 Korosi Erosi

Korosi erosi merupakan gabungan dari kerusakan elekrokimia dan kecepatan fluida

yang tinggi pada permukaan logam. Korosi erosi dapat pula terjadi karena adanya aliran

fluida yang sangat tinggi melewati benda yang diam atau statis. Atau bisa juga terjadi karena

sebuah objek bergerak cepat di dalam fluida yang diam, misalnya baling-baling kapal laut.

Gambar 6. Korosi Erosi

Bagian permukaan logam yang terkena korosi biasanya relatif lebih bersih jika

dibandingkan dengan permukaan logam yang terkena korosi jenis lain. Erosi korosi dapat

dikendalikan dengan menggunakan material yang terbuat dari logam yang keras, merubah

kecepatan alir fluida atau merubah arah aliran fluida.

2.5.4 Korosi Galvanik

Korosi galvanik terjadi apabila dua buah logam yang jenisnya berbeda di pasangkan

dan direndam dalam cairan yang sifatnya korosif. Logam yang rebih aktif atau anoda akan

terkorosi, sementara logam yang lebih noble atau katoda tidak akan terkorosi. Pada tabel

galvanisasi, aluminium dan seng lebih aktif jika dibandingkan dengan baja.

Gambar 7. Mekanisme korosi galvani Gambar 8. Korosi Galvanik

Korosi galvanik ini banyak terjadi pada benda yang menggunakan lebih dari satu

macam logam sebagai komponennya, misalnya pada automotif. Jika aluminium terhubung

langsung dengan baja, maka aluminium akan terkorosi. Untuk mengatasi hal ini, maka di

antara aluminium dan baja harus ditempatkan sebuah benda non logam atau isolator untuk

memisahkan kontak listrik di antara keduanya. Mekanisme korosi galvanik biasanya

digunakan untuk sistem proteksi pada komponen baja, misalnya proteksi pada lambung

kapal, tiang penyangga dermaga, pipa baja, tiang penyangga jembatan dan lain sebagainya.

2.5.5 Korosi Celah

Korosi celah merupakan korosi yang terkonsentrasi pada daerah tertentu. Korosi celah

terjadi karena adanya larutan atau elektrolit yang terperangkap di dalam celah atau lubang,

misalnya pada sambungan dua permukaan logam yang sejenis, permukaan logam yang retak,

baut dan tapal. Elektrolit yang terperangkap pada lubang akan menimbulkan beda konsentrasi

oksigen, sehingga terbentuk sel korosi. Daerah dengan konsentrasi oksigen tinggi berperan

sebagai katoda dan daerah konsentrasi oksigen rendah berperan sebagai anoda.

Gambar 9. Mekanisme korosi celah Gambar 10. Korosi Celah

2.5.6 Korosi Lubang (Pitting Corrosion)

Korosi lubang terjadi karena adanya ion CI dilingkungan logam yang

permukaannya membentuk lapisan pasif. Lubang yang terbentuk mempunyai diameter

permukaan lebih besar dibandingkan diameter yang didalam

Gambar 11. Korosi Lubang

Korosi lobang sangat merusak logam atau logam paduan, karena kecepatan penetrasi

penembusan yang tinggi. Pelarutan yang cepat akan terjadi didalam lubang, reaksi reduksi O

terjadi pada tepi lubang. Kelebihan muatan positif dari ion logam di dalam lubang akan

diimbangi oleh migrasi ion CI . Dengan demikian kosentrasi garam MCI didalam lubang

meningkat, kemudian garam MCI terhidrolisasi membentuk endapan hidroksida dan asam

khlorida. Kondisi tersebut menyebabkan keasaman didalam lubang meningkat (pH<<), korosi

logam semakin parah dengan arah pembentukan lubang mengikuti arah gravitasi.

2.5.7 Korosi Tegangan (Stress Corrosion)

Korosi tegangan tejadi akibat adanya kombinasi antara tegangan tarik yang diderita

logam dan serangan local dari medium korosif. Korosi tegangan pada logam paduan atau

logam umumnya jarang terjadi.

Gambar 12. Korosi Tegangan

2.5.8 Korosi Selektif (Selective Leaching Corrosion)

Korosi selektif terjadi akibat elemen pemadu secara selektif meninggalkan logam

paduannya.

Gambar 13. Korosi Selektif

2.6. Perlindungan Terhadap Korosi

Untuk menghindari semua proses korosi dapat ditempuh dengan tiga cara, antara lain

sebagai berikut :

a). Menghindari sebab-sebab korosi dalam hal pemilihan material.

Dalam hal pemilihan material bahwa yang mempengaruhi pengkaratan ialah susunan

kimianya terutama kadar phospornya pada baja yang dipakai. Dalam persoalan ini semua

material baja yang dipakai sudah barang tentu harus mempunyai sertifikat dari Biro

Klasifikasi, baik sifat kimianya maupun sifat mekanisnya harus sesuai dengan ketentuan.

b). Perlindungan secara pasif.

Perlindungan secara pasif dengan cara menghambat terjadinya gejala-gejala yang

mengakibatkan korosi, tetapi tidak mempengaruhi terhadap sebab-sebab korosi. Contohnya

dengan menggunakan cat.

c). Perlindungan secara aktif

adalah dengan mempengaruhi sebab korosi. Contoh dari perlindungan secara aktif

adalah dengan menggunakan Cathodic Protection. Pencegahan korosi secara aktif dari badan

kapal terutama dibawah garis air adalah dengan cara Cathodic Protection yaitu suatu

konstruksi baja harus dihindari terhadap korosi apabila baja tersebut bertindak sebagai

katode. Ada dua cara untuk menjadikan baja sebagai katode dengan memberikan electron

padanya, yaitu :

1). ICCP (Impressed Current Cathodic Protection)

Gambar 14. Impressed Current Cathodic Protection

2). Sucrificial Anode

Dimana metode terbagi atas dua jenis, yaitu :

Aluminium anode

Zink anode

Metode lain untuk menjadikan baja sebagai katode dengan memberikan electron padanya,

adalah

a). Menghubungkan baja dengan logam mulia, misalnya Magnesium

b). Memindahkan electron ke permukaan pelat baja dengan pertolongan sumber listrik arus

searah.

2.7. Deret Volta

Deret Volta atau Deret Elektrokimia merupakan urutan logam-logam (ditambah

hidrogen) berdasarkan kenaikan potensial elektroda standarnya.

Li K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Pt Au

Pada Deret Volta, unsur logam dengan potensial elektrode lebih negatif ditempatkan di

bagian kiri, sedangkan unsur dengan potensial elektrode yang lebih positif ditempatkan di

bagian kanan.

Semakin ke kiri kedudukan suatu logam dalam deret tersebut, maka :

Logam semakin reaktif (semakin mudah melepas elektron)

Logam merupakan reduktor yang semakin kuat (semakin mudah mengalami

oksidasi)

Sebaliknya, semakin ke kanan kedudukan suatu logam dalam deret tersebut, maka

Logam semakin kurang reaktif (semakin sulit melepas elektron)

Logam merupakan oksidator yang semakin kuat (semakin mudah mengalami reduksi)

Salah satu metode untuk mencegah korosi antara lain dengan menghubungkan logam

(misalnya besi) dengan logam yang letaknya lebih kiri dari logam tersebut dalam deret volta

(misalnya magnesium) sehingga logam yang mempunyai potensial elektrode yang lebih

negatif lah yang akan mengalami oksidasi. Metode pencegahan karat seperti ini disebut

perlindungan katodik. Contoh lain dari perlindungan katodik adalah pipa besi, tiang telepon,

dan berbagai barang lain yang dilapisi dengan zink, atau disebut Galvanisasi. Zink dapat

melindungi besi dari korosi sekalipun lapisannya tidak utuh. Oleh karena potensial reduksi

besi lebih positif daripada zink (posisinya dalam deret Volta lebih ke kanan), maka besi yang

kontak dengan zink akan membentuk sel elektrokimia dengan besi sebagai katode. Dengan

demikian besi terlindungi dan zink yang mengalami oksidasi.

Larutan garam suatu logam yang berada di bagian kiri dapat bereaksi dengan logam

yang berada di bagian kanan. Contohnya larutan FeCl3 (feri chloride) boleh mengikis Cu

(copper / tembaga).

2.8. Perhitungan Kebutuhan Jumlah Anoda Pada Suatu kapal

Jumlah ampere yang terjadi dapat dihitung dari permukaan baja yang harus

dilindungi, serta kepadatan arus yang diperlukan. Disamping itu jumlah ampere juga

tergantung dari waktu yang diperlukan untuk melindungi, serta jenis material dasar dari

anoda yang pakai.

Kebutuhan zink anoda dan aluminiun anoda pada luas permukaan basah suatu kapal,

dihitung dengan menggunakan rumus pendekatan menurut PERPRO, sebagai berikut :

W = (WSA x Cd x Y) Z

W = ( WSA x Cd x Y ) Z

Dimana :

W = Berat dari anoda yang dibutuhkan.

WSA = Luas Permukaan Basah atau WSA (M2 )

= Lwl (Cb x B) + (1,7 x d)

Cd = Current Density (mA/ft2 )

EC = Elektric Current

( Cd x WSA )

Y = Lama Pemakaian (tahun)

Z = Capacity of Alloy