elektro plating

18
TUGAS TEKNOLOGI ELEKTROPLATING JUDUL PELAPISAN LOGAM MENGGUNAKAN CROMIUM DENGAN METODE ELEKTROPLATING Oleh: 1. Febrian Murvianto 21030110120004 2. Firliani Manthia 21030110120013 3. M.Hilman Haidar 21030110120009 4. Ali Makrup 21030110120010 5. Ayu Chyntia 21030110120017 6. Abdul Azis

Upload: hilmy-muhammad

Post on 26-Dec-2015

97 views

Category:

Documents


14 download

DESCRIPTION

plating

TRANSCRIPT

Page 1: Elektro Plating

TUGAS TEKNOLOGI ELEKTROPLATING

JUDUL PELAPISAN LOGAM MENGGUNAKAN CROMIUM DENGAN METODE

ELEKTROPLATING

Oleh:1. Febrian Murvianto 210301101200042. Firliani Manthia 210301101200133. M.Hilman Haidar 210301101200094. Ali Makrup 210301101200105. Ayu Chyntia 210301101200176. Abdul Azis

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG2013

Page 2: Elektro Plating

PENDAHULUAN

Elektroplating merupakan suatu teknologi yang mudah dikerjakan dengan

menggunakan peralatan yang sederhana dan membutuhkan pekerja yang sedikit. Kemudahan

ini menarik wirausahawan untuk bergerak di bidang ini. Di dunia industri, bukan hanya

kekuatan produk yang diinginkan pasar, tetapi juga penampilan logam yang menarik

membantu peningkatan permintaan produk di pasaran. Peningkatan permintaan produk

tersebut dikaitkan dengan penampilan produk yang bagus, mengkilat dan cemerlang.

Pada dasarnya elektroplating dilakukan dengan tujuan: memberi perlindungan

terhadap bahaya korosi, membentuk sifat keras permukaan, dan sifat teknis atau mekanis

tertentu, terhadap logam dasar. Dengan dasar tersebut, para pengusaha logam mulai

mengembangkan teknologi rekayasa pelapisan listrik (elektroplating) yang kemudian

memberikan kontribusi yang cukup signifikan terhadap laju pertumbuhan industri kecil dan

menengah. Pada saat ini proses pelapisan yang dilakukan oleh industri elektroplating dalam

menghasilkan produknya yaitu dengan cara melapiskan logam krom pada material dasar yang

berupa besi.

TINJAUAN PUSTAKA

Electroplating adalah satu jenis metoda pelapisan yang berlangsung dalam larutan

eletrolit seperti basa, asam dan garam, dimana substrat bertindak sebagai katoda dan logam

yang akan dilapiskan sebagai anoda dengan bantuan arus listrik searah (DC).

Selama proses elektroplating berlangsung terjadi reaksi kimia pada daerah

elektroda/elektrolit, baik reaksi reduksi maupun oksidasi. Karena ada proses elektroplating

reaksi diharapkan berjalan terus menerus arah tertentu secara tetap, maka hal yang paling

penting dalam proses ini adalah mengoperasikan proses ini dengan arus searah (DC).

Komponen-komponen yang berperan penting dalam suatu proses elektroplating adalah

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

Prinsip dasar electroplating

Ujung-ujung keluar masuknya arus dari atau ke larutan disebut elektroda. Seperti

diketahui, pada bagian anoda reaksi yang terjadi adalah reaksi oksidasi sedangkan pada

katoda reaksinya adalah reaksi reduksi. Pergerakan dari ion-ion larutan yang ada

Page 3: Elektro Plating

menyebabkan terjadinya kedua macam reaksi pada sistem elektrolisis tersebut. Ion yang

bergerak ke anoda disebut anion, sedangkan yang bergerak ke katoda disebut kation.

Perpindahan ion logam dengan bantuan arus listrik melalui larutan elektrolit menyebabkan

ion logam mengendap pada benda padat yang akan dilapisi. Ion logam diperoleh dari

elektrolit maupun berasal dari pelarutan anoda logam di dalam elektrolit. Pengendapan terjadi

pada benda kerja yang berlaku sebagai katoda.

Anoda yang tidak larut berfungsi sebagai penghantar arus listrik saja,sedangkan anoda

yang larut berfungsi selain penghantar arus listrik, juga sebagai bahan baku pelapis. Katoda

dapat diartikan sebagai benda kerja yang akand ilapisi, dihubungkan dengan kutub negatif

dari sumber arus listrik. Elektrolit berupa larutan yang molekulnya dapat larut dalam air dan

terurai menjadi partikel-partikel yang bermuatan positif atau negatif. Karena electroplating

adalah suatu proses yang menghasilkan lapisan tipis logam di atas permukaan logam lainnya

dengan cara elektrolisis.

Gambar 1. Skema Proses Electroplating

Reaksi kimia yang terjadi pada proses electroplating dengan larutan elektrolit HCl

seperti yang terlihat pada Gambar.1 dapat dijelaskan sebagai berikut:

Pada KATODA

Pembentukan lapisan Nikel : Ni2+ (aq) + 2e- →Ni (s)

Pembentukan gas Hidrogen : 2H+ (aq) + 2e- →H2 (g)

Reduksi oksigen terlarut : ½ O2 (g) + 2H + →H2O (l)

Page 4: Elektro Plating

Pada ANODA

Pembentukan gas oksigen : H2O (l) →4H + (aq) + O2 (g) + 4e-

Oksidasi gas Hidrogen : H2 (g) →2H+(aq) +  2e-

Mekanisme terjadinya pelapisan logam dimulai dari dikelilinginya ion-ion logam oleh

molekul-molekul pelarut yang mengalami polarisai. Di dekat permukaan katoda, terbentuk

daerah Electrical Double Layer (EDL) yang bertindak seperti lapisan dielektrik. Adanya

lapisan EDL  memberi beban tambahan bagi ion-ion untuk menembusnya.

Dengan gaya dorong beda potensial listrik dan dibantu oleh reaski-reaksi kimia, ion-ion

logam akan menuju permukaan katoda dan menangkap electron dari katoda, sambil

mendeposisikan diri di permukaan katoda.

Dalam kondisi equilibrium, setelah ion-ion mengalami discharge menjadi atom-atom

kemudian akan menempatkan diri pada permukaan katoda dengan mula-mula menyesuaikan

mengikuti susunan atom dari material katoda.

Pelapisan Krom

Elektroplating krom adalah salah satu teknik pelapisan logam yang bertujuan untuk

melapisi logam agar tahan terhadap karat dan juga untuk menambah keindahan logam yang

di lapisi.Pelapisan dengan krom dapat dilakukan pada berbagai jenis logam seperti besi, baja,

atau tembaga. Pelapisan krom juga dapat dilakukan pada plastik atau jenis benda lain yang

bukan logam, dengan persyaratan bahwa benda tersebut harus dicat dengan cat yang

mengandung logam sehingga dapat mengalirkan listrik.

Sifat-sifat pelapisan krom

• warna putih kemilau

• Reflektivitas tinggi

• Resistan kusam /pudar yang baik

• Resistan karat yang baik

• Tahan gores

Hal yang paling penting dalam sifat lapis krom adalah warna putih kemilau yang

menyenangkan. Pemantulan cahaya yang tinggi, selalu mengkilap selama penggunaan, hal itu

disebabkan karena krom mempunyai ketahanan tarnish (noda) yang tinggi. Juga memiliki

resistansi korosi yang sangat baik sebab logamnya tidak bereaksi secara kimia terhadap

lembabnya udara, oksigen atau konsentrasi normal oleh kontaminan di atmosfer. Pemakaian

yang bagus dan resistansi terhadap goresan adalah faktor-faktor yang penting dalam

Page 5: Elektro Plating

pemilihan logam kromium untuk pengerjaan akhir pada benda-benda otomotif, pegangan

pintu atau benda kerja lainnya. Pada kenyataan dari sekian banyak penerapan pelapisan

logam dikerjakan dengan finishing krom karena kombinasi keunikan dan sifat-sitat lapis

krom.

Seperti yang kita ketahui variasi yang bermacam-macam dan bahan dasar yang

difinishing dengan lapis krom dekoratif, diantaranya baja, seng plastik, stainlesssteel,

almunium. besi, kuningan perunggu yang merupakan lapis logam yang paling sedikit

digunakan. Akan tetapi dalam daftar ini hanya stainlesssteel yang dapat dilapis krom secara

langsung. Bemper baja sebagai contoh perlu lapis pendahuluan dengan lapis nikel atau

kombinasi tembaga dan nikel. Seng berbasis logam cor celup dilapis dengan tembaga,

kemudian 1 atau 2 kali lapis nikel, diikuti dengan krom. Plastik seperti ABS, polypropilene.

dan polysulfone yang telah dicetak menjadi benda-benda fungsional atau keperluan dekorasi

(seperti knop. terali, dan trim interior), sebelum dilapis dengan krom perlu dilapisi elektrolisa

tembaga atau nikel terlebih dahulu, selanjutnya lapis elektrodeposit tembaga atau nikel dan

terakhir lapis krom. Paduan krom atau stainlesssteel digunakan untuk hiasan otomotif. Untuk

alumunium ini ada perlakuan awal yang khusus yang selanjutnya dilapis pendahuluan dengan

tembaga dan nikel terakhir lapis krom. Kuningan dan perunggu hiasan digunakan untuk

perangkat militer dan perlengkapan pekerjaan mematri, dan selalu dilapis tembaga, diikuti

satu atau beberapa lapis nikel sebagai persiapan pelapisan lapis krom.

PEMBAHASAN

Berikut ini diagram alir dalam proses electroplating

Page 6: Elektro Plating

a. Tahap pendahuluan

Sebelum lapis listrik dilakukan, permukaan benda kerja yang akan di lapis harus

dalam kondisi benar-benar bersih, bebas dari bermacam-macam pengotor. Hal ini

mutlak agar bisa di dapat hasil lapisan dengan cara listrik yang baik. Dalam tahapan

pendahuluan dilakukan dengan :

1. Pembersihan secara mekanis

Pekerjaan ini betujuan untuk menghilangkan kerak yang terjadi pada saat proses

elektroplating, menghilangkan lapisan oksidasi yang ada dipermukaan logam, dan

mempersiapkan logam untuk proses pelapisan agar hasilnya lebih halus dan

mengkilap. Pembersihan secara mekanis dapat dilakukan dengan Pemolesan

(buffing) dengan menggunakan batu amril emery dari yang paling kasar sampai

paling halus. Selanjutnya proses selep, dilakukan untuka memperhalus permukaan

logam menggunakan polesh compound. Tahap terakhir adalah polishing,

dilakukan agar logam mengkilap seperti kaca. Komponen yang digunakan untuk

membuat polishing logam adalah kain poles, gum rosin dan batu gerinda.

Tahap pemolesan

2. Pembersihan/pencucian dengan alkalin (Degreasing)

Pekerjaan ini bertujuan untuk membersihkan benda kerja dari lemak atau minyak-

minyak yang menempel. Pembersihan ini perlu sekali, karena lemak maupun

minyak tersebut akan mengganggu pada proses pelapisan, karena mengurangi

kontak antara lapisan dengan logam dasar/benda kerja. Pembersihan secara

degreasing dilakukan dengan meredamkan benda kerja dalam larutan alkalin

dalam keadaan panas selama 5-10 menit. Lamanya perendaman harus disesuaikan

dengan kondisi permukaan benda kerja. Seandainya lemak atau minyak yang

menempel lebih banyak, maka dianjurkan lamanya perendaman ditambah hingga

permukaan bersih dari noda-noda tersebut. untuk komposisi larutan pencuci

dengan alkaline degreasing untuk besi dan baja dapat dilihat pada tabel dibawah

ini :

Page 7: Elektro Plating

3. Tahap pencucian dengan asam ( Pickling)

Pencucian dengan asam bertujuan untuk membersihkan permukaan benda kerja

dari oksida atau karat dan sejenisnya secara kimia melalui perendaman. Larutan

asam ini terbuat dari pencampuran air bersih dengan asam. Contoh penggunaan

picking :

- Besi baja : Konsentrasi HCl 3 - 12 % x Volume,selama 5 – 15 menit

- Tembaga, Kuningan : Konsentrasi H2SO4 10 – 40 %x Volume, selama 5 - 15

menit.

- Barang cor, Campuran H2SO4 dengan HF (fluoric Acid)

: Konsentrasi H2SO4 5 – 7 % x Volume

: Konsentrasi HF 3 – 5 % x Volume

: Waktu pencelupan selama 4 jam.

Reaksi proses pickling sebetulnya adalah proses electro kimia dalam sel

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

dapat mereduksi ferri oksida yang mudah larut. Dalam reaksi ini biasanya

diberikan inhibitor agar reaksi tidak terlalu cepat dan menghasilkan pembersihan

yang merata. Ada dua jenis bahan inhibitor yang dikenal yaitu:

Page 8: Elektro Plating

- Bahan organik alam (natural organic) yaitu glatine, lumpur minyak,

asfaltum, sulfonate, coaltar, Woodtar dan sebagainya.

- Bahan organik sintetis (synthetic organic) yaitu thio aldehyd, pyridine,

quinidine, aldehyde dan sebagainya.

b. Tahap Elektroplating

Sebelum melakukan pelapisan dengan chrome, maka bahan akan dilapisi

dengan tembaga dan nikel terlebih dahulu. Untuk proses nya :

1. Pelapisan tembaga

Komposisi larutan yang digunakan adalah

a. Coper cyanide : 45 gr/Lt

b. Sodium cyanide : 64 gr/Lt

c. Coustic soda : 20 gr/Lt

d. Rochelle salt : 30 gr/Lt

e. brightener 1 : 5 cc/Lt

f. brightener 2 : 8 cc/Lt

Untuk kondisi operasinya pada temperatur : 55 - 60°C, Rapat arus :2,16

4,32A/dm2,pH : 12 – 12,6

Peralatan yang digunakan dalam proses electroplating adalah

A = Rectifier

B = Bak Proses

C = Anoda

D = Katoda / benda kerja

Page 9: Elektro Plating

2. Pelapisan Nikel

Bahan yang digunakan dan kondisi operasi dalam pelapisan nikel dapat

dilihat pada tabel dibawah ini :

3. Pelapisan Krom

Supaya proses pelapisan krom pada logam dapat berjalan, maka

dibutuhkan Timbal (Pb) sebagai logam Anoda (+), Logam yang ingin dilapisi

sebagai Katoda (-) dan larutan elektrolit berupa Larutan Chromic Acid (H2CrO4 /

H2Cr2O4 ). Dalam teknisnya, Larutan Chromic Acid tidak terdapat di pasaran,

melainkan larutan tersebut dibuat dari senyawa Chromium Trioxide / Chromium

Anhydride. Untuk membuat larutan Chromic Acid maka Chromium Trioxide

yang berupa padatan harus dilarutkan ke dalam air, sehingga terbentuk larutan

Chromic Acid yang nantinya akan digunakan sebagai larutan elektrolit dalam

proses Chrome Plating. Dalam pembuatan larutan Chromium Acid juga

ditambahkan H2SO4 sebagai katalis yang mempercepat proses electroplating.

Bahan Optimum Kisaran

Nikel sulfat

Nikel Chloride

B oric acid

AM additive

Brithtener Magnum SS

WA 62 – A

300 g/l

83 g/l

45 g/l

3% g/l

Qs

0,2% volume

225 – 375 g/l

60 – 135 g/l

41- 50 g/l

2- 4% volume

1- 15% volume

0,1 – 0,5% volume

Parameter Optimum Kisaran

pH

Suhu

Arus listrik Katoda

Arus listrik anoda

Voltase tangki

4.3

55 C

4.0 A/dm 2

2.0 A/dm2

9 volt

3.9 – 4.6

49 – 63 C

2.2 – 8.0 A/dm2

1.1 – 5.4 A/dm2

6 – 18 volt

Page 10: Elektro Plating

Sumber : Eric Svenson – Plating Resources, Inc. Cocoa, Florida, USA 1980, 2006

Dalam pembuatan larutan Chromium acid maka terjadi reaksi CrO3 + H2O H2CrO4

Gambar X. Skema sederhana proses pelapisan krom

Proses electroplating akan membutuhkan arus listrik yang digunakan dalam reaksi reduksi

& oksidasi pada anoda & katoda. Arus listrik DC ( Direct Current ) dengan rapat arus

2.5– 10 Amp/dm2 dan tegangan 4 – 12 Volt akan dialirkan menuju anoda & katoda.

Sedangkan proses ini berjalan pada suhu berkisar antara 25 – 48oC pada tekanan

atmosfer. Mula-mula larutan Chromium Acid yang mengandung ion CrO42- , ion tersebut

dalam keadaan yang setimbang dengan Cr2O72- sesuai dengan reaksi berikut

CrO42- + 2H+ ↔ Cr2O7

2- +H2O

Page 11: Elektro Plating

Dalam keadaan setimbang tersebut Cr akan memiliki muatan yang sama yaitu +6 atau

dalam bentuk Cr(VI). Setelah dialiri arus listrik, maka electron akan bergerak dari Anoda

menuju Katoda. Akibatnya terjadi Reaksi Reduksi pada Katoda dan reaksi Oksidasi pada

Anoda. Pada katoda terjadi reaksi reduksi sebagai berikut

Pembentukan H2 : H+ + 2e- H2

Pelapisan Logam oleh Cr : Cr2O72- + 14H+ + 12e- 2Cr + 7H2O

Reduksi Parsial Cr : Cr2O72- + 14H+ + 6e- 2Cr + 7H2O

Dari reaksi reduksi yang terjadi di atas maka dapat dijelaskan bahwa terjadi pembentukan

gas hydrogen pada area dekat katoda. Pada reaksi kedua maka Cr yang berada pada

larutan Chromium Acid akan menghasilkan produk reaksi 2Cr. Produk 2Cr (Chromium)

tersebut yang nantinya akan melapisi logam katoda, sehingga logam katoda dapat terlapisi

oleh Chromium. Reaksi tidak hanya berhenti pada itu saja, melainkan terjadi reduksi

parsial Cr pada Cr2O72- bermuatan +6 atau Cr(VI). Terjadi parsial reduksi di katoda,

sehingga Cr(VI) akan tereduksi menjadi Cr(III) .

Pada Anoda akan terjadi reaksi oksidasi. Karena larutan Chromium Acid yang

mengandung air (H2O) maka akan terjadi peruraian air menjadi oksigen sesuai dengan

reaksi berikut

2H2O O2 + 4H+ + 4e-

Akibat adanya oksigen (O2) maka akan menyebabkan Cr(III) yang telah tereduksi akan

mengalami oksidasi kembali ke bentuk garamnya sesuai dengan reaksi berikut

2Cr+3 + 7H2O Cr2O72- + 6e-

Senyawa Cr akan terus mengalami kestabilan, karena sebagian Cr akan melapisi Katoda,

dan sebagian Cr(III) akan teroksidasi kembali menjadi Cr(VI) ke dalam larutan Chromium

Acid. Apabila Timbal (Pb) digunakan sebagai anoda, maka akan terjadi reaksi berikut ini

Pb + 2H2O PbO2 + 4H+ + 4e-

Apabila semua reaksi diringkas maka dapat dilihat pada tabel di bawah ini

Reaksi Oksidasi @ ANODA ( + ) Reaksi Reduksi @ KATODA ( - )

2H2O O2 + 4H+ + 4e- H+ + 2e- H2

2Cr+3 + 7H2O Cr2O72- + 6e- Cr2O7

2- + 14H+ + 12e- 2Cr + 7H2O

Pb + 2H2O PbO2 + 4H+ + 4e- Cr2O72- + 14H+ + 6e- 2Cr + 7H2O

Page 12: Elektro Plating

c. Tahap Pengerjaan Akhir

Setelah dilakukan pembilasan sampai 3 kali, segera diupayakan logam yang sudah

dilapis krom untuk cepat kering, untuk menyerap sisa air bilasan yang ada

dipermukaan logam digunakan kalsit ( CaCO3 ). Contoh perbedaan logam yang sudah

dilapisi krom dengan yang belum dilapisi :

SIMPULAN

Pelapisan logam dengan metode electroplating terdiri dari 3 tahapan dasar meliputi

proses pendahuluan, proses electroplating dan finishing. Logam yang dijadikan sebagai

pelapis diletakkan sebagai anoda sedangkan yang dilapisi diletakkan sebagai katoda. Dalam

pelapisan logam dengan crom diawali dengan dengan pelapisan tembaga dan nikel dengan

tujuan mencegah cacat korosi akibat elektrolit. Kondisi arus listrik dalam proses

electroplating adalah arus DC.

Sumber Pustaka :

Svenson, Eric. 2006. Dura Chrome Hard Chromium Plating, Plating Resources, Inc. Cocoa,

Florida, USA .

Anonnim. 2009. Applied Electroplating.

Anonim. Pelapisan Crom Dekoratif

Anonim. Pelapisan Logam Crom Plating