Prosldlllll P~rt~""'tIIIllmialf I""" P~IIlletahlltllldan Teknologl Bahan '99Serpmtg, 19-200ktobo 1999 ISSN 1411-2213

PEMBUA TAN DAN PENGUJIAN PERILAKU KOROSIAQUEOUS PADUAN Fe- Si TINGGI

Enung Nurlial, Tatang Mulyanal, Budi Darmonol, Sunara Punvadaria2'Puslitbang Teknik Nuklir, JI. Tamansari No. 71 Bandung.ZInstitut Teknologi Bandung, JI. Ganesa No.1 0 Bandung.

ABSTRAK

PEMRUA TAN DAN PENGUJIAN PERILAKU KOROSI AQUEOUS PADUAN Fe-SI TINGGI. POOapenelitian initelah dibuat paduan Fe-3o/aCr-16%Si, Fe-3%Cr-3%Mo-I6%Si daDFe-3%Cr-3%Cu-16%Si. Penelitian bertujuan untuk mengetahui

, perilaku korosi pOOuandalam larutan asam fosfst pekat. Pengujian perilaku korosi aqueous pOOuandilakukan menggunakanmetode potensiodinamik siklik. SerouRpOOuanmemperlihatkan perilaku korosi aktif, pasif daDtranspasif dalam larutao asamfosfat pekat. Setelah waktu tertentu paduan bersifat pasif baik pada potensial tinggi maupun potensial rendah. Secara umumdapat dikatakan bahwa pOOuanmempunyai ketahanan korosi yang baik dalam larutao yang digunakan daft tidak mengalamiserangan korosi sumuran.

ABSRACT

HIGH SIILICON IRON ALLOYS PRODUCTION AND IT'S AQUEOUS CORROSION RERA VIOUR TESTING.

In this experiment Fe-3o/aCr-16%Si , Fe-3%Cr-3%Mo-16%Si and Fe-3%Cr-3%Cu-16%Si alloys has been done. This experimentsaim to knew corrosion behaviour of this alloy in concentrated phosphoric acid. Corrosion of alloys determined by cyclicpotentiodynamic method. All alloys showed active, passive and transpassive behaviour in concentrated phosphoric acid. Afterseveral times, alloys showed passive properties both in high and low potential. It concluded that alloys have good corrosionresistant in concentrated phosphoric acid and did not show pitting corrosion.

Ktlta gild: POOuanFe-Si tinggi, Unsur pemadu Mo daDCu, Potensiodinamik siklik, Aktif, pasif daft transpasif, Selaput pasif

PENDAHULUAN

Penelitian ini merupakan penelitian dasar daTirangkaian penelitian yang bertujuan mendapatkanmaterial dengan ketahanan korosi aqueous yang tinggidalam lingkungan asam fosfat petal terkontaminasi.Penelitian bermula daTi studi kasus yang dilakukanseorang mahasiswa ITB di PT Petrokimia Gresik. Oaristudi kasus tersebut terungkap bahwa sampai sejauh inipemilihan material yang eoeok untuk digunakan dalamlingkungan tersebut di alas masih merupakan suatumasalah.

Padapenelitian ini telahdibuat paduan Fe-3%Cr-16%Si dengan variasi penambahan 3%-berat Mo daD3%-berat Cu. Pemilihan material Fe-Si sebagai materiallahaR korosi didasarkan pada data literatur yangmenyebutkan bahwa paduan ini mempunyai ketahanankorosiyangbalk dalam berbagai lingkunganasamsepertiasam nitrat, asam asetat, asam format daDasam asamlainnya kecuali asam florida [I J. Penambahan 3%-beratMo daft3%-berat Cu dimaksudkan untuk mempertinggiketahanan korosi paduan hila dalam larutan terdapat ionklorida dan ion sulfat. Alasan lain dipilihnya paduanFe-Si sebagai material tahan korosi didasarkan pada

diagramfasaFe-Si[2].Berdasarkandiagramfasatersebut,pada suhu rendah paduan Fe-Si dengan konsentrasi Siberkisar dari 3,8%-berat sampai 18%-berat akanmempunyai rasa ex(Fe)Si) dengan struktur kristal bee.Oalam suasanaasam Fe]Si akan teroksidasi membentukselaput pasirSiOz yang melindungi logam daTiserangankorosi selanjutnya.

Penelitianinibertujuanmengetahuiperilakukorosiaqueous paduan dalam larutan tersebut di alas padaberbagai temperatur dengan menggunakan metodepolarisasipotensiodinamiksiklik.

TECRI

Akhir-akhir ini Chart telah menerbitkan satu setdata termodinamika yang sesuai dengan diagram fasaFe-Si [2J. Berdasarkandiagram rasa tersebut(Gambar I)paduan Fe-16%-berat Si akan membentuk larutan padatsusunan teratur (order) dengan struktur kristal bee daDberkesesuaian dengan rasa ex.( Fe]Si) .

Paduan Fe-16 % berat Si termasuk dalam

kelompokpaduan Fe-Sitinggi (high silicon-ironalloys),dimana paduan ini dikena' mempunyai ketahanankorosi

Pembuatan dan Pengujian perl/aku Korosi Aquoeous Paduan Fe-Si Tinggi (Enung Nur/ia)

..

..::!t' .

,..

..""'0-.

...>--

.'f .. " ._51

Gamba, 1. Diagram rasa Fe-Si. Senyawa - senyawa Fe2Si(b), Fe,Si, (h), FeSi (e) dan FeSi2 (Va pada temperaturrendah) dan (Vb pada temperatur tinggi) merupakansenyawa yang stabil,

aqueous yang baik dalam berbagai lingkungan agaIn.Ketahanan korosi paduan meningkat denganmeningkatnya kandungan Si. Bila kadar silikon dalampaduan mencapai ~ 14,5%-berat akan terbentuk selaputpas if SiOz protektif yang menutupi seluruhpermukaan[3].

Perilaku korosi aqueous paduan Fe-Si dalamlarutan asam secara garis besar dapat diramalkan daridiagram potensial-pH sistem Fe-Si-Hp seperti terlihatpads Gambar2. Diagram tersebutdibuat olehKelsall daDWilliam berdasarkan data energi bebas pembentukanGibbsstandaryangditerbitkanolehBard& ParsondalamStandard Potential In Aqueous Solution [4] .

2

108°.1-6'"1-2- -,HI F03-Oil '_00-6O'~

:0- c.t... u',.p -0.2

-o.~-0-6-0-8-1-0-1-2-H-1'6'

1

-1-8-z-o

6 12 "8 10~

pH

Gamba, 1. Diagram potensial-pH sistem Fe-Si-Hp

HIPOTESA

Bila kandungan silikon dalam paduan Fe-Si~ 14,5%-berat maka dalam larutan yang bersifat agaIn,pads suatu gnat, paduan akan menjadi pasif karenaterbentuk selaput pasif SiOzyang menutupi seluruhpermukaan.

METODE

Setaro garis besar penelitian ini terdiri daTidun tahappengerjaan, pertama pembuatan paduan dunkarakterisasinya, kedua pengujian perilaku korosi.

Pembuatan Paduano

Pertama-tama ditimbang sejumlah tertentucampuran logam dengan komposisi seperti padsTabell. Campuranselanjutnyadilelehkan dalam tungkubusur listrikyang dilengkapi sistem pendingin air dalamatmosfir gas pelindung Al'gon. Proses pelelehandilakukan lima kali sampai diperoleh paduan yanghomogen. Paduan selanjutnya dicetak untukmemperoleh bentuk yang sesuai , kemudian dilakukanhomogenisasiuntukmeningkatkan homogenitas dengancars memanaskan paduan pads suhu 950 °C selama 12jam yang diikuti dengan pendinginan lambat.Karakterisasi Untuk mengetahui karakter paduan,dilakukan pengujian rasa menggunakan difraktometersinar-x dun penentuan komposisi menggunakan EDAX.

Tabel 1. Komposisi paduan Fe-Si

SBSC

7878

33 3

31616

Pengujian Perilaku Korosi Paduan

Perilaku korosi aqueous paduan dalam larutanasam fosfat pekat dilakukan dengan metode polarisasipotensio dinamik siklik dengan mengadaptasi proseduryang terdapat datum ASTM G-61. Rangkaian gelyangdigunakan dapat dilihat pads Gambar 3. SeIsin itu dalampenelitian ini juga diamati pengaruh temperatur dunpenambahanunsurpemadu Mo daDCu terhadap perilakukorosinya.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pembuatan PaduanKarakterisasi

Fe-3%Cr-t6%Si daD

Pads penelitian ini telah dibuat paduan Fe-3%Cr-16%Si, Fe-3%Cr-3%Mo-16%Si dun Fe-3%Cr-3%Cu-16%Si. Pengujian komposisi paduan menggunakan

.~.

Prosiding Pertemuan llmiah llmu Pengetahuan dun Teknologi Bahan'99Serpong,19-200ktoberl999 ISSN 1411-22/3

K-PC-~--, ~....-

KetenuJ88D :

1-elektroda pemblllllu (.Pt )

2 - elektrodaketja

3 = elektroda pemb8lldins

4 - tennometer

A - lIIIIPeremeter

V= voltmeter

Gambar 3. Skematikpotensiodinamiksiklik

rangkaian set

Tabel 2, Komposisi paduan hasil pengukuran EDAX

u

SBSC

,72,5473,38

,20,7120,94 2,76

3,63,152,93

unsur dalam paduan .Penentuan rasa menggunakan difraktometer

sinar-x menunjukkan semua paduan membentuk rasaFejSi. Pola difraksi paduan hasil analisa difraktometersinar-x dapat dilihatpactaGambar 4.

Perilaku Korosi Paduan Fe-3%Cr-16%Si DalamLarutan Asam Fosfat Pekat

Kurva polarisasi anodik siklik paduan Fe-3%Cr-16%Si dalam larutan asam fosfat pekat yangterkontaminasiionkloridaclanionsulfatpactasuhukamardapat dilihatpactaGambar 5.

Berdasarkan diagram potensial-pH sistem Fe-Si-HP pactatemperatur > 25 DC,dalam daerah asam, pactadaerah AB paduan Fe-Si akan mengalami pelarutanselektif, dimana komponen besi dari paduan larutmembentuk ion-ion Fe2+sementara komponen Si akanteroksidasimenjadiSiO2,PactadaerahBCteljadi oksidasiFe menjadi Fep3 clan oksidasi silikon menjadi SiO2,Kedua oksida tersebut membentuk senyawa oksidakomponen selaput pas if yang menutupi seluruhpermukaan sehingga paduan menjadi bersifat pasif,

OlehkarenakandunganSidalampaduan > 14,5%,maka pactadaerah AB, setelah waktu tertentu, SiO2yangterbentuk dapat menutupi seluruh permukaan sehinggamemungkinkan paduan menjadi pasif, meskipun sifatpasivasinyatidaksebaikpactadaerah Be. Hasilpolarisasianodik siklik pacta daerah AB dapat dilihat pacta

EDAX dapat dilihat pacta Tabel 2. Bila hasil tersebutdibandingkan dengan komposisi paduan yang dibuat(Tabell), terlihat adanya perbedaan dalam kuantitaskandungan Si yang cukup berarti. Hal tersebutmenunjukkan bahwa tingkat ketelitian EDAX yangdigunakan belum memadai, sehingga hasilpengukuranhanya dapat digunakan untuk melihat akumulasi suatu

".' """""""" '.,:'C,..-: ~..,,-_...

:~:".-"-"---j~~;i~~:=:qI?~'~~'4C"~'~~-- -

~~=p..,- -~':":"""'::":";:"';=.-~:M'"/~

~ -- -'~.o -~ ,--,,~ ,, ,",,'~~--~;

." -."-;--------

.. , ,-- -

: :: " '-:;j'.--:TOO..

~--j

.

Gambar 4. Pola difraksi paduan menggunakan difraktometer sinar-X

Pembuatan dan PenguJian perilaktl Korosi Aquoeous Padtlan Fe-Si Tinggi (Enung Nurlia)

Gambar 6. Dari gambar tersebut terlihat bahwa harga rapatarus saat potensial diturunkan lebih keeil dari harga rapatarus saat potensial dinaikkan, sehingga disimpulkanbahwa pada daerah ini paduan juga bersifat pasif.

Dengan memperhatikan basil di alas akhimya

2S(E+O()"

~ 2!XE-1OO

€ I.S(E+O()

J l.!XE-IOO

G"

,I

S.OCEOI

O.!XE-IOO

e.

-S.OCEOI

1&08 Ism O.OCXXX>I O.<XXX>I o.cxxn

nplllIUI (A/<:na)

Gambar 5. Kurva polarisasi anodik siklik pIdgInFe-3%Cr-16%Si dalam larutan asam fosfat pekat yangterkontaminasi ion klorida clan ion sulfat pads suhukamar.

0.001

dapat disimpulkan bahwa paduan Fe-3%Cr-16%Simemj>unyaiketahanankorosi yang baikkhususnyapadakondisi oksidatif. Paduan seeara alami tidak mengalamikorosi sumuran, terbukti tidak teramati adanya E '. dalamkurva polarisasi anodik hingga potensial pemb:ntukanoksigen. Paduan diketahui mempunyai sifat pasivasiyangbaikkarenai pasir < 10-) i kritik[5].Pengaruh Temperatur

Seeara umum dapat dikatakan bahwa naiknyatemperatur tarutao akan menaikkan laju korosi padsserous harga potensial. Pads penelitian ini telah diamatisifat korosi paduan pads temperatur 27 °C , 60 °C clan90 ce. Hasil pengukuran dapat dilihat pada Gambar 7.

Dari gambar tersebut terlihat bahwa pada

temperatur 90 °C, ipasirsudah meningkat seeara berartisehingga paduan tidak disarankanuntukdigunakanpadatemperatur tersebul.Olehkarenapada pemakaianpraktisselang temperatur yang digunakan umumnya daritemperaturkamarsampaisekitar60°C,makaseearaumumdapat dikatakan bahwa paduan mempunyai sifatketahanan korosi yang baik dalam lingkungan asamfosfat yang terkontaminasi ion klorida clanion sulfal.

Pengaruh Penambahan Unsur Pemadu

Pengaruh penambahan unsur pemadu terhadapperilaku korosi aqueous paduan dapat dilihat padaGambar 8. Dari gambar terse but terlihat bahwapenambahan 3%Mo menyebabkan potensial korosi naik46 mV clan potensial transpasif naik 46 mV sedang ikritik

clan ipasirturun. Perbaikan ketahanan paduan terhadapserangan korosi sumuran akibat penambahan Mo tidakjelas dalam penelitian ini, karena paduan tidak mengalamiserangan korosi sumuran dalam rentang potensial yang

-O.OS

-O.t

-O.tSr--~ -0.2IzJ

~ -O.2S~:3 -0.3if -O.3S~ -0.4

-O.4S

-O.SI.E-O9

--A

I.E-O8 I.E-O7I.E-06 I.E-OS1.E-04

RapatAnu(Alem2)

Gambar6. Kurva polarisasi anodik siklik paduanFe-3%Cr-16%Sidalamlarutanasamfosfatpekatyangterkontaminasi,padsdaerahAD.

u

~ II

~, I

J It

...1508 I.HI tUi ta lNo ,a ,a

RI'" Ana(AJaD;

Gambar 7. Kurva polarisasi anodik siklik pIdgInFe-3%Cr-16%Si dalam larutan asam fosfat pekatterkontaminasi(T '" 27 "C. 60 .C clan90 "C).

3.00EiOO

2.50EiOO

2.00EiOO

<J:q OEiOO..s

~ OEiOO

IlOE.o1O.OOEiOO

.5.ooE,01Idol

.1.00EiOOIE-07 0.000001 0.00001 0.0001 o.dol

rapa. ar.. (AIcm2)

GambarB.Pengaruhpenambahanunsurpemaduterhadapkurva polarisasianodik siklik paduan

diamati.Dalam penelitian ini perbaikan ketahanan korosi

juga diharapkan diperoleh dengan menambahkan 3%-berat Cu kedalam paduan untuk mengantisipasi larutanyang mengandung asam sulfat. Dari gambar di atas terlihatbahwa penambahan Cu menyebabkan potensial pasif

011

Prosiding Pertemuan limiah limu Pengetahuan dan Teknologi Bahan '99Serpong, 19 -20 Oktober 1999 ISSN 1411-2213

primer (Epp ) sed~kitlebih rendah dari Epp pactuM standar.Hal ini berarti bahwa penambahan Cu menyebabkandipercepatnya pertumbuhan selaput pasif. Hal lain yangjuga diamati dari gambar tersebut adalah pacta daerahBC, i 'rpaduan yang ditambah Cu lebih kecn dari i ' fpas' pas,

pactuM standar. Kesimpulannya penambahan Cu dapatmemperbaiki sifat selaput pasif pacta potensial tinggi.

KESIMPULAN

Dari penelitian yang telah dilakukan dapatdisimpulkan hal-hal sebagai berikut :

I. SerouRpactuMyang dibuat mempunyai kandunganSi> 14,5% clan membentuk rasa Fe)Si .

2 HasHpolarisasianodiksiklikpactuMFe-3%Cr-16%Sidalam larutan asam fosfat terkontaminasimenunjukkan perilaku aktif, pasif clantranspasif.Dari kurva polarisasi inijuga terlihatbahwa paduantidak mengalami serangan korosi sumuran sampaipotensial pembentukan oksigen.

3. Paduan Fe-Si tinggi mempunyai ketahanan korosiyang baik dalam larutan yang digunakan, karenasetelah waktu terbentuk selaput oksida protektifyang menutupi seluruh permukaan.

4. Kenaikan temperatur menyebabkan meningkatnyalajukorosipactaserouRhargapotensial. Berdasarkanharga ipasifdapat dikatakan bahwa secara umumpaduan mempunyai ketahanan korosi yang baiksampai temperatur 60 "C.

5. Penambahan unsur pemadu Mo clanCu kedalampaduan dapat memperbaiki ketahanan korosipaduano Dari pengamatan terlihat penambahankedua unsur tersebut menaikkan potensial korosi

(Ian potensial transpasif, sementara ikritikclan ipasifturun.

DAFTARACUAN

[1]. Y. OMURTAG and M.DORUK, Cor. Science, 10(1970)225

[2]. O. KUBASCHEWSKI,IronBinaryPhaseDiagram,SpringIer - Verlag, Berlin, 1982

[3]. G.H. KELSALL and WILLIAMS, J. Electrochem.Soc.,(1988)

[4]. GARMYINSTRUMENT.INC, Operator's ManualCMD 105 DC Corrosion Measurements System,USA, 1994

[5]. D. A. JONES, Principles and Prevention ofCorrosion, Macmillan Publishing Company, NewYorl<,1992

[6]. FONTANA, Corrosion Engineering, Third Edd.,

MacmillanPublishingCompany,New York, 1,992