pengaruh waktu pelapisan dan rapat arus katoda …

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

PENGARUH WAKTU PELAPISAN DAN RAPAT ARUS KATODA

TERHADAP KEKERASAN DAN ADHESIVITAS LAPISAN

PADA PLAT BAJA KARBON RENDAH AISI 1021

DENGAN PROSES ELEKTROPLATING HARD CHROME

MENGGUNAKAN CrO3 250 gr/liter DAN H2SO4 5 gr/liter

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Disusun oleh :

HENDRATO

NIM. I0407071

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2012


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dengan semakin berkembangnya dunia industri, khususnya industri

manufaktur, maka banyak pula inovasi-inovasi maupun penemuan baru dalam

dunia industri. Hal ini dikarenakan adanya permintaan dari konsumen untuk

menghasilkan produk yang mempunyai kualitas tinggi. Industri dituntut dapat

membuat produk yang tidak hanya memiliki penampilan yang menarik, dan

mampu bertahan lama, tetapi juga mempunyai nilai kekuatan (strength) dan

ketangguhan (toughness) yang tinggi.

Perkembangan teknologi rekayasa pelapisan listrik (elektroplating) telah

banyak memberikan konstribusi yang cukup signifikan terhadap laju pertumbuhan

industri manufaktur, terutama dalam proses finishing. Teknologi pelapisan logam

telah membantu industri manufaktur dalam memperoleh suatu material yang

mempunyai kekuatan dan ketangguhan yang tinggi, sehingga dapat memenuhi

permintaan konsumen akan produk yang berkualitas tinggi.

Elektroplating adalah suatu teknologi yang relatif mudah dikerjakan

dengan menggunakan peralatan yang sederhana dan membutuhkan pekerja yang

relatif sedikit. Kemudahan-kemudahan ini menarik para wirausahawan untuk

bergerak dibidang ini. Hal ini dapat dilihat dari laju pertumbuhan industri kecil

dan menengah yang bergerak dalam bidang pelapisan logam, diantaranya bengkel

fabrikasi, jasa alat berat, asesoris kendaraan bermotor, dan pelapisan bagian-

bagian mesin kendaraan bermotor.

Pada dasarnya elektroplating dilakukan dengan maksud memberi

perlindungan terhadap bahaya korosi, membentuk sifat keras permukaan, dan sifat

teknis atau mekanis tertentu, terhadap logam dasar. Di dunia industri, bukan

hanya penampilan produk yang diinginkan pasar, tetapi sifat keras permukaan dan

adhesivitas juga sangat membantu terhadap keberhasilan produk di pasaran.

Dengan kata lain, suatu produk pelapisan logam tidak hanya membutuhkan hasil

dengan penampilan produk yang bagus, mengkilat dan cemerlang tetapi juga

harus memiliki kekerasan permukaan dan adhesivitas yang baik pula.


commit to user

2

Masalah yang sekarang dihadapi oleh industri pelapisan logam adalah

tingkat kekerasan permukaan dan adhesivitas hasil pelapisan logam masih sangat

rendah, sehingga konsumen tidak mau menerima produk. Rendahnya kekerasan

permukaan dan adhesivitas produk dipengaruhi oleh belum di temukannya

komposisi larutan elektrolit, waktu pelapisan, dan rapat arus katoda yang tepat

untuk membuat produk pelapisan logam dengan kekerasan permukaan dan

adhesivitas tinggi. Oleh karena itu perlu ditemukan suatu formula yang paling

tepat (menyangkut komposisi bahan dan kondisi proses) dari elektroplating

dengan pelapisan hard chrome untuk mendapatkan produk dengan nilai kekerasan

permukaan dan adhesivitas yang tinggi. Hal ini sangat berguna mengingat industri

kecil dan menengah belum memperhatikan kondisi optimum proses pelapisan

logam, khususnya pelapisan hard chrome.

Berangkat dari fenomena di atas maka penulis mencoba untuk

menganalisa proses elektroplating hard chrome dengan variabel waktu proses

elektroplating dan rapat arus katoda, dimana variabel ini mampu divariasikan

dengan pasti jika dibandingkan dengan variabel yang lainnya. Variasi lama proses

elektroplating dan rapat arus katoda yang diberikan pada proses elektroplating

hard chrome akan sangat mempengaruhi kekerasan permukaan dan adhesivitas

lapisan hard chrome.

Hasil penelitian ini akan menambah masukan tentang teknologi pelapisan

logam yang sudah cukup lama digeluti oleh beberapa industri elektroplating yang

terdapat di dalam negeri. Jika mutu dan kuantitas produksi dapat ditingkatkan,

produk pelapisan ini bukan hanya dapat meningkat pada skala nasional tetapi juga

interrnasional. Selain itu pendapatan para pekerja atau buruh akan meningkat dan

akan semakin banyak para wirausahawan yang berminat berusaha dibidang ini.

Hal ini dapat membuka peluang dalam penyerapan tenaga kerja sehingga dapat

mengurangi jumlah pengangguran di Indonesia.

1.2. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas maka dapat dirumuskan suatu masalah

yaitu sebagai berikut:

1. Bagaimana pengaruh waktu proses elektroplating terhadap kekerasan dan

adhesivitas hasil pelapisan?


commit to user

3

2. Bagaimana pengaruh rapat arus katoda proses elektroplating terhadap

kekerasan dan adhesivitas hasil pelapisan?

1.3. Batasan Masalah

Untuk menentukan arah penelitian yang baik, ditentukan batasan masalah

sebagai berikut:

1. Material yang digunakan sebagai katoda adalah baja karbon rendah AISI 1021

2. Model pelapisan merupakan krom keras elektroplating

3. Larutan elektrolit yang digunakan adalah :

a. Krom oksida (CrO3) sebanyak 250 gr/liter

b. Asam sulfat (H2SO4) sebanyak 5 gr/liter

4. Temperatur larutan dianggap konstan 50-60 °C.

5. Parameter yang divariasikan adalah waktu pelapisan dan rapat arus katoda

6. Sumber tegangan yang digunakan dalam proses pelapisan berasal dari arus

bolak-balik yang di searahkan.

1.4. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Untuk mengetahui pengaruh waktu dan rapat arus katoda terhadap kekerasan

lapisan krom keras.

2. Untuk mengetahui pengaruh waktu dan rapat arus katoda terhadap adhesivitas

lapisan krom keras.

1.5. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Menambah referensi sebagai pengembangan ilmu di bidang elektroplating,

khususnya pelapisan krom keras.

2. Sebagai referensi tentang pengaruh variasi rapat arus katoda dan waktu proses

elektroplating terhadap kekerasan dan adhesivitas hasil pelapisan krom keras.

3. Dapat memprediksi kekerasan dan adhesivitas hasil pelapisan cukup dengan

mengatur variasi rapat arus katoda dan waktu proses elektroplating.

4. Mengetahui kombinasi rapat arus katoda dan waktu proses elektroplating yang

tepat untuk kekerasan dan adhesivitas hasil pelapisan yang optimal.


commit to user

4

1.6. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Bab I Pendahuluan, berisi latar belakang penelitian, rumusan masalah, batasan

masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.

2. Bab II Dasar Teori, berisi definisi pelapisan logam, macam-macam pelapisan

logam, pelapisan logam elektrokimia, prinsip kerja pelapisan listrik, tahapan

proses pelapisan listrik, pelapisan krom, pelapisan krom dekoratif, pelapisan

krom keras, mekanisme terbentuknya lapisan krom, dasar teori pengujian

kekerasan dan adhesivitas lapisan, serta tinjauan pustaka.

3. Bab III Metode Penelitian, berisi diagram alir penelitian, bahan yang

digunakan, mesin dan alat yang digunakan, tempat penelitian, prosedur

pelaksanaan penelitian, prosedur pengujian kekerasan dan adhesivitas lapisan.

4. Bab IV Data dan Analisa, berisi data hasil pengujian dan analisa hasil

pengukuran kekerasan serta adhesivitas dari proses pelapisan yang dilakukan.

5. Bab V Penutup, berisi kesimpulan dari penelitian yang dilakukan dan saran-

saran bagi penelitian selanjutnya.


commit to user

5

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Pelapisan Logam

Pelapisan logam adalah suatu cara yang dilakukan untuk memberikan

sifat tertentu pada suatu permukaan benda kerja, dimana diharapkan benda

tersebut akan mengalami perbaikan baik dalam hal struktur mikro maupun

ketahanannya, dan tidak menutup kemungkinan pula terjadi perbaikan terhadap

sifat fisiknya. Pelapisan logam merupakan bagian akhir dari proses produksi dari

suatu produk. Proses tersebut dilakukan setelah benda kerja mencapai bentuk

akhir atau setelah proses pengerjaan mesin serta penghalusan terhadap permukaan

benda kerja yang dilakukan. Dengan demikian, proses pelapisan termasuk dalam

kategori pekerjaan finishing atau sering juga di sebut tahap penyelesaian dari

suatu produksi benda kerja.

2.1.1. Macam-Macam Pelapisan Logam

1. Pelapisan dekoratif

Pelapisan dekoratif bertujuan untuk menambah keindahan tampak luar

suatu benda atau produk. Sekarang ini pelapisan dengan bahan kromium

sedang digemari karena warnanya yang cemerlang, tidak mudah terkorosi dan

tahan lama. Produk yang dihasilkan banyak digunakan sebagai asesoris pada

kendaraan bermotor baik yang beroda 2 maupun pada kendaraan beroda 4.

Dengan kata lain pelapisan ini hanya untuk mendapatkan bentuk luar yang baik

saja. Logam-logam yang umum digunakan untuk pelapisan dekoratif adalah

emas, perak, nikel dan kromium.

2. Pelapisan protektif

Pelapisan protektif adalah pelapisan yang bertujuan untuk melindungi

logam yang dilapisi dari serangan korosi karena logam pelapis tersebut akan

memutus interaksi dengan lingkungan sehingga terhindar dari proses oksidasi.

3. Pelapisan untuk sifat khusus permukaan

Pelapisan ini bertujuan untuk mendapatkan sifat khusus permukaan

seperti sifat keras, sifat tahan aus dan sifat tahan suhu tinggi atau gabungan dari

beberapa tujuan diatas secara bersama-sama. Misalnya dengan melapisi


commit to user

6

bantalan dengan logam nikel agar bantalan lebih keras dan tidak mudah aus

akibat gesekan pada saat berputar.

2.1.2. Pelapisan Logam Elektrokimia

1. Pelapisan anodik

Pelapisan anodik merupakan pelapisan dimana potensial listrik logam

pelapis lebih anodik terhadap substrat. Contohnya pelapisan pada baja yang

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

memiliki potensial listrik -0,0762 V. 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 dalam jenis pelapisan protektif.

Keunggulan dari pelapisan ini adalah sifat logam pelapis yang bersifat

melindungi logam yang dilapisi sehingga walaupun terjadi cacat pada

permukaan pelapis karena sebab seperti tergores, retak, terkelupas dan lain-lain

sehingga terjadi kontak terhadap lingkungan sekitarnya, sampai batas tertentu

tetap terproteksi oleh logam pelapis.

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 V yang dilapisi dengan logam emas yang

memiliki potensial listrik +1,5 V. Logam emas bersifat lebih mulia

dibandingkan dengan logam tembaga, maka apabila logam pelapis mengalami

cacat, logam yang dilapisi akan terekpos ke lingkungan dan bersifat anodik

sehingga akan terjadi korosi lokal yang intensif terhadap substrat.

Pelapisan katodik sangat cocok digunakan pada pelapisan dekoratif

karena umumnya aksesoris dan perhiasan dari bahan-bahan imitasi tidak

dikenai gaya-gaya dari luar sehingga kecil kemungkinan untuk mengalami

cacat lokal pada permukaan.

2.2. Prinsip Kerja Pelapisan Listrik

Pelapisan listrik (electroplating) adalah suatu proses pengendapan zat

atau ion-ion logam pada elektroda negatif (katoda) dengan cara elektrolisis.


commit to user

7

Terjadinya suatu endapan pada proses ini adalah karena adanya ion-ion bermuatan

listrik berpindah dan suatu elektroda melalui elektrolit yang mana hasil dan

elektrolisis tersebut akan mengendap pada katoda, sedangkan endapan yang

terjadi bersifat adesif terhadap logam dasar.

Selama proses pengendapan atau deposit berlangsung terjadi reaksi kimia

pada elektroda dan elektrolit baik reaksi reduksi maupun oksidasi dan diharapkan

berlangsung terus menerus menuju arah tertentu secara tetap. Untuk itu diperlukan

arus listrik searah (direct current) dan tegangan yang konstan (Saleh, A.A., 1995).

Prinsip atau teori dasar dari elektroplating adalah berpedoman atau

berdasarkan Hukum Faraday yang menyatakan :

Jumlah zat (unsur-unsur) yang terbentuk dan terbebas pada elektroda selama

elektrolisis sebanding dengan jumlah arus listrik yang mengalir dalam larutan

elektrolit.

Jumlah zat yang dihasilkan oleh arus listrik yang sama selama elektrolisis

adalah sebanding dengan beratnya ekivalen masing-masing zat tersebut.

Pernyataan Faraday tersebut diatas dapat ditulis dengan ketentuan atau

rumus seperti berikut ini:

FetI

B..

(2.1)

Dimana :

B = Berat lapisan menurut hukum Faraday (gr)

I = Jumlah arus yang mengalir (A)

t = Waktu (detik)

e = Berat ekivalen zat yang dibebaskan (berat atom suatu unsur

dibagi valensi unsur tersebut)

F = Jumlah arus yang diperlukan untuk membebaskan sejumlah

gram ekivalen suatu zat

= 96.500 Coloumb

Pada prinsipnya pelapisan logam dengan cara lapis listrik adalah

merupakan rangkaian dari arus listrik, anoda, larutan elektrolit dan katoda (benda

kerja). Keempat gugusan ini disusun sedemikian rupa, sehingga membentuk suatu

sistim lapis listrik dengan rangkaian sebagai berikut :


commit to user

8

Anoda dihubungkan dengan kutub positip dari sumber listrik

Katoda dihubungkan pada kutub negatif dari sumber listrik

Anoda dan Katoda direndamkan dalam larutan elektrolit

Keterangan :

(1) Anoda (bahan pelapis)

(2) Katoda (benda yang dilapisi)

(3) Elektrolit

(4) Sumber arus searah

Gambar 2.1. Sketsa pelaksanaan elektroplating

Prinsip dasar dari pelapisan logam secara listrik ini adalah penempatan

ion-ion logam yang ditambah elektron pada logam yang dilapisi, yang mana ion-

ion logam tersebut didapat dari anoda dan elektrolit yang digunakan. Bila arus

listrik (potensial) searah dialirkan antara kedua elektroda anoda dan katoda dalam

larutan elektrolit, maka muatan ion negatif ditarik oleh elektoda katoda.

Sementara ion bermuatan negatif berpindah kearah elektroda bermuatan negatif.

Ion-ion tersebut dinetralisir oleh kedua elektroda dan larutan elektrolit yang

hasilnya diendapkan pada elektroda katoda. Hasil yang terbentuk/terjadi adalah

lapisan logam dan gas hidrogen.

Elektroplating termasuk salah satu cara menanggulangi korosi pada

logam dan juga berfungsi sebagai ketahanan bahan. Di samping itu elektroplating

juga memberikan nilai estetika pada logam yang dilapisi, yaitu warna dan tekstur

tertentu, serta untuk mengurangi tahanan kontak serta meningkatkan

kecemerlangan permukaan atau daya pantul.

2.3. Tahapan Proses Pelapisan Listrik

Tahapan proses pelapisan dengan menggunakan metode elektroplating

dibagi menjadi tiga tahapan yaitu :

2.3.1. Proses Pengerjaan Awal (Pre Treatment)

Sebelum dilakukan pelapisan pada logam, permukaan logam harus

disiapkan untuk menerima adanya lapisan. Persiapan ini bertujuan untuk


commit to user

9

meningkatkan daya ikat antara lapisan dengan bahan yang dilapisi. Permukaan

yang ideal dari bahan dasar adalah permukaan yang seluruhnya mengandung atom

bahan tersebut tanpa adanya bahan asing lainnya (Hartono, A.J. dan Kaneko, T.,

1995). Untuk mendapatkan kondisi seperti tersebut perlu dilakukan pengerjaan

pendahuluan dengan tujuan :

Menghilangkan semua pengotor yang ada dipermukaan benda kerja seperti

pengotor organik dan anorganik/oksida.

Mendapatkan kondisi fisik permukaan yang lebih baik dan lebih aktif.

Teknik pengerjaan pendahuluan ini tergantung dari pengotornya, tetapi

secara umum dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

1. Pembersihan secara mekanik

Pekerjaan ini bertujuan untuk menghaluskan permukaan dan

menghilangkan goresan-goresan serta geram-geram yang masih melekat pada

benda kerja. Biasanya untuk menghilangkan goresan-goresan dan geram-geram

tersebut 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

brigthening.

2. Pembersihan dengan pelarut (solvent)

Proses ini bertujuan untuk membersihkan lemak, minyak, garam dan

kotoran-kotoran lainnya dengan pelarut organik. Pembersihan dilakukan

dengan cara:

Vapour degreasing yaitu proses pembersihan dengan pelarut yang tidak

mudah terbakar. Prinsipnya benda kerja diuapkan dengan pelarut tersebut

dalam keadaan panas, kemudian kotoran akan mengembun/menguap karena

adanya reaksi dari bahan pelarut.

Proses pembersihan pada temperatur kamar yaitu dengan menggunakan

pelarut organik, tetapi dilakukan pada temperatur kamar dengan cara

diusap/dipoles.


commit to user

10

3. Pembersihan dengan alkalin (degreasing)

Proses 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. Pencucian

dengan alkalin digolongkan dalam dua cara yaitu dengan cara biasa (alkaline

degreasing) dan dengan cara elektro (elektrolitic degreasing). Pembersihan

secara biasa adalah merendamkan benda kerja ke 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.

4. Pencucian dengan asam (pickling)

Proses pencucian dengan asam bertujuan untuk membersihkan

permukaan benda kerja dari oksida atau karat dan sejenisnya secara kimia

melalui peredaman. Larutan asam ini terbuat 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

sel 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 agar 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 fluorida, 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).

2.3.2. Proses Pelapisan Listrik

Setelah benda kerja betul-betul bebas dari pengotor, maka benda kerja

tersebut sudah siap untuk dilapisi. Dalam operasi pelapisan, kondisi operasi


commit to user

11

perlu/penting sekali untuk diperhatikan. Karena kondisi tersebut menentukan

berhasil atau tidaknya proses pelapisan serta mutu pelapisan yang dihasilkan.

Kondisi operasi yang berpengaruh terhadap kualitas pelapisan listrik (Hartomo,

A.J. dan Kaneko, T., 1995), antara lain :

1. Rapat arus (current density)

Rapat arus adalah harga yang menyatakan jumlah arus listrik yang

mengalir persatuan luas permukaan elektroda. Ada dua macam rapat arus yaitu

rapat arus anoda dan rapat arus katoda. Pada proses lapis listrik rapat arus yang

diperhitungkan adalah rapat arus katoda, yaitu banyaknya arus listrik yang

diperlukan untuk mendapatkan atom-atom logam pada tiap satuan luas

permukaan benda kerja yang akan dilapisi. Untuk proses lapis listrik ini faktor

rapat arus memegang peranan sangat penting, karena akan mempengaruhi

efisiensi arus.

AI

J

(2.2)

Dimana : J = Rapat arus (A/dm2)

I = Arus (A)

A = Luas penampang (dm2)

Untuk memvariasikan arus, yang diatur hanyalah tahanannya saja, sedangkan

tegangannya tetap. Satuan rapat arus dinyatakan dalam A/dm2, atau A/m2.

2. Efisiensi Arus

Efisiensi arus adalah perbandingan berat endapan yang terjadi dengan

berat endapan secara teoritis dan dinyatakan dalam persen. Tegangan dalam

proses lapis listrik diinginkan dalam kondisi yang konstan, artinya tegangan

tidak akan berubah atau terpengaruh oleh besar kecilnya arus yang terpakai.

Efisiensi katoda dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut :

BW

(2.3)

Dimana :

Efisiensi Arus (%)

W = Berat lapisan (gr)

B = Berat lapisan menurut hukum faraday (gr)


commit to user

12

3. Tegangan (voltage)

Seperti di jelaskan sebelumnya bahwa pada proses lapis listrik,

tegangan yang digunakan harus konstan sehingga yang di variasikan hanya

rapar arusnya saja. Maksudnya adalah bila luas permukaan benda kerja

bervariasi, maka rapat aruslah yang di variasikan sesuai dengan ketentuan,

sedangkan tegangannya tetap.

4. Temperatur larutan

Temperatur larutan dapat mempengaruhi hasil lapisan. Kenaikan

temperatur larutan menyebabkan bertambahnya ukuran kristal. Pada temperatur

yang tinggi, daya larut bertambah besar dan terjadi penguraian garam logam

yang menjadikan tingginya konduktifitas serta menambah mobilitas ion logam,

tetapi viscositas jadi berkurang, sehingga endapan ion logam pada katoda akan

lebih cepat sirkulasinya.

5. pH Larutan

pH di pakai untuk menentukan derajat keasaman suatu larutan

elektrolit dan dalam operasi lapis listrik, pH berarti juga pOH-. pH larutan

dapat diatur/diukur dengan alat ukur pH meter atau colorimeter. Tujuan

menentukan derajat keasaman ini adalah untuk melihat atau mengecek

kemampuan dari larutan dalam menghasilkan lapisan yang lebih baik.

6. Konsentrasi Larutan

Konsentrasi larutan merupakan cara untuk menyatakan hubungan

kuantitatif antara zat terlarut dan zat pelarut. Konsentrasi larutan umumnya

dinyatakan dalam perbandingan jumlah zat terlarut dengan jumlah total pelarut.

VMr

GM (2.4)

Dimana :

M = Molaritas (M)

G = Berat zat terlarut (gr)

Mr = Massa molekul relative zat terlarut

V = Volume Larutan (L)


commit to user

13

7. Waktu pelapisan

Waktu pelapisan akan mempengaruhi terhadap kuantitas dari hasil

pelapisan yang terjadi di permukaan produk yang dilapisi. Kenaikan 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.

2.3.3. Proses Pengerjaan Akhir (Post Treatment)

Benda kerja yang telah dilakukan proses lapis listrik biasanya di bilas dan

dikeringkan. Tetapi kadang-kadang perlu juga dilakukan pengerjaan lanjut seperti

misalnya dipasipkan atau diberi lapis pelindung chromat (chromatting) atau lapis

lindung transparan yaitu dengan lacquar. Proses ini dilakukan dengan cara

dipping biasa, tetapi untuk lapis lindung dengan lacquar biasa secara electro dan

dipping.

2.4. Pelapisan Krom (Chrome Electroplating)

Krom atau chromium adalah logam non ferro, Proses pelapisan

chromium mulai dikenal secara luas pada industri logam sebagai lapisan lindung

atau pengerjaan permukaan (surface treatment/metal finishing) pada tahun 1930

dan merupakan lapisan yang mempunyai sifat yang keras, warna putih kebiru-

biruan, dan tahan terhadap efek kekusaman yang tinggi. Selain nikel maka

pelapisan krom banyak dilaksanakan untuk mendapatkan permukaan yang

menarik. Karena sifat khas krom yang sangat tahan karat maka pelapisan krom

mempunyai kelebihaan tersendiri bila dibandingkan dengan pelapisan lainnya.

Selain sifat dekoratif dan atraktif dari pelapisan krom, keuntungan lain

dari pelapisan krom adalah dapat dicapainya hasil pelapisan yang keras.

Ditinjau dari sifat dan pemakaian lapisan chromium dapat

diklasifikasikan menjadi dua yaitu pelapisan chromium dekoratif dan proses

pelapisan chromium keras (hard chromium / industrial chromium).

a. Krom dekoratif (decorative chrome)

Krom dekoratif mempunyai ciri lapisan yang tipis, dengan menitik beratkan

pada segi tampak rupa yang menarik dan indah, permukaannya halus tanpa

noda, tidak mudah pudar, dan menambah daya tahan terhadap korosi.


commit to user

14

b. Krom keras (hard chrome)

Krom keras mempunyai ciri lapisan yang lebih tebal, dan banyak digunakan

untuk benda-benda yang karena penggunaannya memerlukan sifat mekanik

tertentu. Sifat yang paling penting dalam lapis krom keras adalah kekerasan,

daya lekat, daya tahan korosi, dan memiliki koefisien gesek yang rendah.

2.4.1. Pelapisan Krom Dekoratif

Pelapisan krom dekoratif yaitu pelapisan yang meniti beratkan pada segi

tampak rupa yang menarik dan indah, dilihat dari segi dekoratifnya. Lapisan ini

umumnya dikombinasikan dengan lapisan dasar (strike) tembaga, nikel, (double

and tripel layer) kemudian krom. Kombinasi pelapisan tersebut mempunyai

fungsi dan tujuan sebagai berikut :

Membuat lapisan lebih mengkilat

Melindungi logam dasar dari korosi

Membentuk permukaaan yang rata

Mempertinggi daya lekat (adhesivitas)

Ketebalan lapisan krom dekoratif berkisar antara 0,25 – 0,5 m,

dibandingkan dengan lapisan nikel, maka lapisan krom dekoratif jauh lebih tipis

yaitu lima persen dari tebal lapisan nikel tunggal. Sedangkan lapisan krom keras

mempunyai ketebalan yang dapat mencapai 20 sampai 150 m.

Dengan terus berkembangnya teknologi pelapisan krom dekoratif, maka

krom dekoratif dapat diklasifikasikan mejadi dua yaitu pelapisan krom biasa

berwarna putih perak kebiruan dan pelapisan krom hitam (black chromium)

dimana lapisan krom hitam ini banyak digunakan untuk komponen optik,

elektronik, solar cell dan lain-lain.

2.4.2. Pelapisan Krom Keras

Pelapisan krom keras merupakan rekayasa pelapisan pada logam dimana

depositnya lebih tebal dan waktu pelapisan lebih lama serta dengan kecepatan

pelapisan krom lebih cepat. Krom keras memiliki keunggulan sifat fisik dan

mekanis diantaranya memiliki angka gesekan kecil, keras dan tahan terhadap

kondisi (Hartomo, A.J. dan Kaneko, T., 1995). Dalam penerapannya banyak

digunakan secara luas di banyak industri meliput bidang farmasi, kimia, minyak


commit to user

15

dan gas, tekstil, percetakan, pertambangan, pengecoran, penerbangan dan

otomotif.

Krom keras mempunyai ketebalan yang dapat mencapai 20 sampai 150

m dengan kekerasan lebih dari 300 HV, yang umumnya diaplikasikan untuk alat-

alat industri yang bergerak dan memerlukan ketahanan goresan dan abrasi yang

tinggi (Raharjo, 2010). Krom keras diaplikasikan dengan cara melapis produk

industri seperti rol, bolt joint, sock absorber dan as power steering dengan sistem

satu lapis menggunakan rectifier dengan suplai daya antara 4 hingga 12 V serta

lama waktu yang telah ditentukan.

Untuk pelapisan hard chrome asam kromat merupakan salah satu sumber

ion krom yang akan melapis pada katoda, karena anoda yang digunakan tidak

aktif maka berkurangnya konsentrasi ion krom perlu ditambahkan asam kromat

untuk menjaga kadar krom dalam larutan. Asam kromat dalam larutan asam pekat

di dalam bak plating sebagian besar sebagai ion dikhromat. Pada katode

setidaknya ada tiga reaksi berlangsung, yaitu deposisi krom, pengeluaran

hidrogen, pembentukan Cr. Pada anoda juga terjadi tiga reaksi serentak, yaitu

pengeluaran oksigen, oksidasi ion kromat dan produksi timbel dioksida pada

anoda.

2.4.3. Mekanisme Terbentuknya Lapisan Krom

Mekanisme terbentuknya lapisan krom sama halnya seperti pada proses

pelapisan listrik pada logam lain namun, proses pelapisan krom tidak

menggunakan anoda chromium. Sumber logam krom didapat dari asam krom, tapi

perdagangan yang tersedia adalah krom oksida (CrO3) yang berbentuk serbuk,

sehingga terdapatnya asam krom adalah pada waktu krom oksida bercampur

dengan air.

CrO3 + H2O H2CrO4

Larutan untuk pelapisan kromium terutama terdiri dari asam kromat

(CrO3) ditambahkan sejumlah kecil anion dari senyawa sulfat atau fluorida

compleks, dimana senyawa utama didalam larutan adalah asam kromat (CrO3)

yang diencerkan dalam larutan kental H2CrO4 dan beberapa asam lain. Namun

untuk dapat diendapkan dari air, di dalam larutan tersebut harus ada zat tambahan

yang berfungsi sebagai katalis yang memungkinkan terjadinya pengendapan


commit to user

16

logam kromium pada katoda, zat tambahan tersebut umumnya adalah sulfat dan

fluorida dalam bentuk fluosilikat atau silicofluorida (sif).

Perbandingan antara CrO3 terhadap katalis yang umumnya sulfat

memiliki arti penting bagi hasil yang didapatkan, oleh karena itu rasio antara CrO3

terhadap sulfat harus dibuat optimal dalan rangka mendapatkan cakupan arus yang

merata dan menyeluruh. Kedua larutan memiliki kelemahan dan kelebihan

masing-masing dimana larutan encer lebih rendah biaya, efifiensi katoda lebih

baik. Sedangkan untuk larutan yang pekat memerlukan tegangan arus yang lebih

rendah, tidak sensitif terhadap kontaminasi dan cakupan arus lebih baik. Adapun

temperatur operasi keduanya antara 32oC hingga 50oC dengan rapat arus sebesar

1430 A/m2, pada tegangan arus 4 sampai 12 V

Dalam proses elektroplating sumber ion krom valensi 3 berasal dari

larutan elektrolit yang mengandung asam kromat. Mekanisme pengendapan Cr+3

terjadi pada katoda dalam membentuk lapisan menurut persamaan, sebagai

berikut :

Cr2 (SO4)3 2Cr+3 + 3SO4

Larutan terionisasi sehingga membentuk ion positif (+) dan negati (-).

Sementara larutan asam dikromat merupakan oksidator kuat.

Cr2O27 + 2H+ + 6e 2Cr3

+ + 7H2O

Dalam larutan basa, daya oksidator melemah.

Cr2O7 + 2H + 6e 2Cr2+ + 7H2O

Krom tidak dapat dideposit dalam larutan berair CrO3 saja, harus ada sedikit

radikal asam yang berperan sebagai katalis agar terjadi deposisi katodik

logamnya, misalnya CrO2-.

Asam kromat dalam larutan asam pekat bak plating berada kebanyakan

sebagai ion dikromat. Pada katoda setidaknya tiga reaksi berlangsung

deposisi/pemgemdapan krom, pengeluaran hidrogen dan pembentukan Cr (III).

Dalam proses elektroplating ini reaksi yang terjadi pada katoda adalah :

1. Pengendapan krom :

Cr2O7– + 14H+ + 12e– 2Cr + 7H2O

2. Pelepasan gas hidrogen :

2H+ + e– H2


commit to user

17

3. Pembentukan Cr ( III ) :

Cr2O7– + 14H+ + 6e– 2Cr3+ + 7H2O

Pada anoda juga terjadi tiga reaksi serentak pengeluaran oksigen,

oksidasi ion kromat dan produksi timbel dioksid. Sedangkan reaksi yang terjadi

pada anoda adalah :

1. Pelepasan gas hidrogen :

2H2O O2 + 4H+ + 4e–

2. Oksidasi ion kromat :

2Cr 3+ + 6H2O 2CrO3 + 12H+ + 6e–

3. Produksi timbal oksida :

Pb + 2H2O PbO2 + 4H+ + 4e–

Kebanyakan daya serap untuk mengeluarkan oksigen, sedangkan dua

reaksi lain sangat penting oksidasi ulang Cr (III) pada anoda membantu

menyeimbangkan produksinya pada katoda dan menjaga tingkat Cr3+. Bagi

operasi memadai bak plating kromnya, anoda timbel harus tertutup lapisan timbel

dioksida. Apabila film tersebut hilang maka timbel kromat dan anodanya tidak

menjalankan fungsi pengaturan konsentrasi Cr3+ di baknya.

2.5. Dasar Teori Pengujian Lapisan

Pengujian lapisan krom keras dilakukan untuk mengetahui pengaruh

waktu pelapisan dan rapat arus katoda terhadap kekerasan dan adhesivitas lapisan

krom keras. Pengujian lapisan krom keras dilakukan dalam tiga tahap yaitu :

1. Dasar teori pengujian kekerasan lapisan

2. Dasar teori pengujian adhesivitas lapisan

2.5.1. Dasar Teori Pengujian Kekerasan Lapisan

Pengujian kekerasan lapisan dilakukan dengan metode micro vickers

sesuai dengan ASTM E 384-99. Metode mocro vickers ini berdasarkan pada

penekanan oleh suatu gaya tekan tertentu oleh sebuah indentor berupa pyramid

diamond terbalik dengan sudut puncak 136º ke permukaan logam yang akan diuji

kekerasannya, dimana permukaan logam yang diuji ini harus rata dan bersih.

Setelah gaya tekan secara statis ini ditiadakan dan pyramid diamond dikeluarkan

dari bekas yang terjadi, maka akan terbentuk permukaan bekas segi empat dengan


commit to user

18

dua diagonal karena piramid merupakan piramida sama sisi. Diagonal segi empat

bekas tersebut diukur secara teliti, kemudian diambil nilai diagonal rata-rata. Nilai

kekerasan yang diperoleh disebut sebagai kekerasan micro vickers, yang biasa

disingkat VHN (Vickers Hardness Number). Untuk memperoleh nilai kekerasan

vickers, maka nilai diagonal rata-rata yang diperoleh dimasukkan ke dalam rumus

berikut ini:

Gambar 2.2. Skematis prinsip indentasi micro vickers

2

2

0

)(854,1

)(2

136sin2

dP

VHN

d

PVHN

(2.5)

Dimana :

VHN = Vickers Hardness Number (HV)

P = beban penekanan (kgf)

d = diagonal rata-rata hasil penekanan (mm)

2.5.2. Dasar Teori Pengujian Adhesivitas Lapisan.

Pengujian tingkat adhesivitas dilakukan dengan cara pengujian tekuk

(bend test) sesuai dengan ASTM B 571-97 yang menyatakan diameter silinder

tekuk (mandrel) harus empat kali ketebalan spesimen. Pengujian ini dilakukan

untuk mengetahui adhesivitas lapisan yang terjadi pada masing-masing spesimen,

langkah-langkah persiapan dan pengujiannya adalah sebagai berikut :


commit to user

19

1. Tekuk benda uji dengan benda berbentuk silinder (mandrel), sampai kedua

kaki benda uji sejajar.

2. Diameter silinder (mandrel) harus empat kali tebal benda uji.

3. Memeriksa daerah cacat visual benda uji yang telah ditekuk.

4. Mengambil gambar visual yang terjadi pada benda uji.

5. Ulangi langkah di atas menggunakan benda uji yang berbeda.

Keterangan :

A = Mandrel

B = Spesimen

Gambar 2.3. Skema metode bend test

2.6. Tinjauan Pustaka

Malau (2009) melakukan pelapisan dengan krom dalam larutan elektrolit

dengan kandungan asam kromat 250 g/liter, asam sulfat 2,5 g/liter dan aquades.

Spesimen S45C yang dilapisi berfungsi sebagai katoda dan timah hitam (Pb)

sebagai anoda. Parameter pelapisan meliputi variasi tegangan (3, 4, 5, 6, dan 9 V),

suhu (40, 45, 55, dan 60 oC) dan lama pelapisan (30, 40, 50, dan 60 menit).

Pengujian kekerasan dengan indentasi micro vickers dengan beban 250 gram dan

laju keausan spesifik dicari dengan metode ogoshi pada beban tekan 1kg. Malau

menyatakan bahwa krom dapat meningkatkan kekerasan maksimum menjadi 900

VHN0,25 dengan kekerasan row material sebesar 197 VHN0,25. Kekerasan dan

keausan spesifik lapisan krom dipengaruhi oleh tegangan, suhu, dan lama

pelapisan. Lapisan krom memiliki keausan spesifik (1,25 x 10-8 mm2/kg) lebih

rendah dibandingkan dengan keausan spesifik raw material sebesar 34,9 x 10-8

mm2/kg. Kekerasan akan meningkat dan sebaliknya keausan spesifik menurun

jika lama pelapisan naik dari 3 sampai 6 V. Kekerasan akan meningkat dan

100 mm

A

B


commit to user

20

sebaliknya keausan spesifik menurun jika lama pelapisan naik dari 30 menjadi 50

manit. Tegangan, lama, dan suhu pelapisan yang paling tepat masing-masing

adalah 6 V, 50 menit, dan 55oC untuk memperoleh hasil optimum atau terbaik

dengan kekerasan tertinggi dan keausan spesifik terendah.

Ndariyono (2010) melakukan pelapisan tembaga, nikel, dan krom.

Parameter pelapisan meliputi variasi temperatur larutan elektrolit 25-30, 40-45,

50-55, dan 60-65 oC dan variasi rapat arus katoda 1500, 1760, 2000, dan 2720

A/m2. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian ketebalan dan adhesivitas

lapisan. Ndariyono menyatakan bahwa semakin tinggi temperatur dan rapat arus

menghasilkan lapisan yang semakin mengkilap, semakin tebal dan semakin

efisien. Pada temperatur 60-65oC dan rapat arus 2720 A/m2 menghasilkan lapisan

adhesivitas lapisan menunjukkan bahwa terjadi keretakan lapisan pada setiap

spesimen.

Raharjo (2010) melakukan penelitian menggunakan baja karbon rendah

yang dilapisi dengan menggunakan metode elektroplating krom keras dengan

variasi tegangan listrik 4, 6, 8, 10 dan 12 volt serta lama waktu pelapisan 5, 10,

dan 15 menit. Selanjutnya dilakukan pengujian ketebalan serta kekerasan dan

dianalisis dengan membangun persamaan matematik regresi polynomial orde tiga.

Penelitian menunjukan bahwa ketebalan lapisan krom keras pada tegangan 4, 6, 8,

10, 12 V selama 15 menit adalah sebesar 7.76, 9.31, 17.85, 27.16, dan 3

kemudian nilai kekerasan menunjukkan 214.28, 232.92 , 254.77, 286.17, dan

351.29 VHN. Lapisan pada struktur mikro merata dan baik serta hasil analisis

regresi polinomial antara tegangan dan waktu terhadap ketebalan tegangan dan

waktu terhadap kekerasan menunjukkan nilai determinat 0,999. Dari sini dapat

disimpulkan bahwa tebal lapisan krom keras serta kekerasan akan naik seiring

dengan naiknya tegangan listrik dan waktu pada lama waktu proses elektroplating

15 menit.

Sukrawan (2001) melakukan Pelapisan kromium keras pada cincin torak

bertujuan untuk menambah daya tahan material terhadap keausan, sehingga umur

pemakaian lebih lama. Pelapisan dilakukan atas berbagai variasi rapat arus mulai

dari 20 A/dm2 sampai 140 A/dm2, sedangkan parameter lain dibuat konstan.


commit to user

21

Proses pelapisan yang memenuhi syarat kekerasan (600 KHN) adalah proses

pelapisan dengan rapat arus 50 A/dm2, 55 A/dm2, 80 A/dm2, 100 A/dm2, 120

A/dm2 dan 140 A/dm2, sedangkan kondisi optimum dicapai pada rapat arus 100

A/dm2 yang menghasilkan kekerasan 840 KHN.

Torres, at al (2010) melakukan pelapisan kromium multilayers dengan

tiga larutan yang berbeda. Variasi rapat arus yang digunakan adalah 10 dan 70

A/dm2, sedangkan suhu yang diteliti adalah 35 °C dan 55 °C. Studi ini

menunjukkan bahwa endapan multilayer memiliki perilaku yang berbeda

tergantung pada jenis struktur mikro. Memang endapan multilayers memiliki

karakteristik invers dari deposit lapisan tunggal pada 35 °C dan 70 A/dm2. Ketika

kita memperoleh kekerasan mikro tinggi dalam endapan lapisan tunggal, maka

kita memperoleh kekerasan mikro rendah di endapan multilayer dan seterusnya

untuk ukuran retak, kepadatan crack, tegangan sisa dan ukuran butir. Dua struktur

mikro yang berbeda yaitu kolumnar diperoleh pada 10 A/dm2 dan equiaxial

diperoleh pada 70 A/dm2. Pada 55 °C hanya terdapat struktur mikro tipe

kolumnar, pada 10 dan 70 A/dm2. Sifat-sifat multilayers kromium ditandai dengan

cara memindai mikroskop elektron (SEM) dan difraksi sinar-X (XRD). Secara

umum deposit microcracked dengan kekerasan mikro tinggi, tegangan sisa tinggi,

dan ukuran butir kecil.

Protsenko, at al (2011) melakukan pelapisan menggunakan sulfat

kromium valensi tiga (krom keras). Pelapisan kromium tersebut mengandung

asam format dan karbamid sebagai zat kompleks. Kromium diendapkan ke katoda

pada suhu 30 – 40 ° C dan rapat arus katoda saat ini dari 10 – 25 A/dm2.

Pelapisan ini kemungkinan akan mendapatkan tebal (sampai beberapa ratus

mikrometer) lapisan kromium keras dengan struktur nanokristalin dan laju

pengendapan lapisan mencapai 0,8 – 0,9µm/menit. yang divariasikan : (1) 30 ° C,

(2) 35 ° C, (3) 40 ° C pelapisan komposisi dasar; pH 1,5. Dalam penelitian ini di

ketahui bahwa efisiensi rapat arus dipengaruhi oleh suhu pelapisan. Penurunan

suhu pelapisan menyebabkan penampilan permukaan lapisan menjadi jelek.

penampilan permukaan lapisan tidak terang pada suhu mandi dari 30 ° C. Oleh

karena itu, nilai optimal dari suhu pelapisan adalah sekitar 35 ° C. Jika nilai rapat

arus katoda pada pelapisan kromium lebih dari 25 A/dm2, penampilan permukaan


commit to user

22

lapisan kromium menjadi kusam. Permukaan lapisan kasar dan tidak cerah pada

nilai-nilai rapat arus 25 A/dm2. Dengan demikian, rapat arus paling

menguntungkan dekat dengan 15 – 20 A/dm2. Struktur lapisan dan morfologi

permukaan di uji dengan metode hamburan sudut-kecil sinar-x (SAXS). Didapat

bahwa lapisan kromium valensi tiga yang diteliti memiliki struktur nanokristalin.

Pelapisan kromium memperoleh ketebalan maksimum 20 µm pada komposisi

dasar dari rapat arus 20 A/dm2, suhu 35 ° C, dan pH 1,5. Pengaruh rapat arus

serta suhu pelapisan pada kekerasan lapisan terbukti pada percobaan ini.

Kekerasan lapisan terbukti meningkatkan ketika arus kepadatan meningkat 15–

25A/dm2. Kekerasan lapisan berkurang seiring dengan peningkatan suhu

pelapisan.


commit to user

23

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Diagram Alir Penelitian

Gambar 3.1. Diagram alir penelitian

Penyiapan Spesimen Uji Dan Pengerjaan Awal

Pembilasan

Pelapisan Hard Chrome Variasi waktu 30, 40, 50, dan 60 menit

Variasi rapat arus 20, 30, 40 dan 50 A/dm²

Pengujian Kekerasan Lapisan Pengujian Adhesivitas Lapisan

Kesimpulan

Analisa Data

Pengujian Komposisi Kimia Logam

Mulai

Selesai

Hasil Pengujian


commit to user

24

3.2. Bahan Penelitian

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Katoda (logam yang dilapisi)

Spesimen berupa plat strip yang telah diuji komposisi kimianya dan

didapatkan beberapa persentase kandungan yang terdapat di dalam logam

tersebut di mana dapat dilihat pada tabel 3.1. Dari hasil pengujian komposisi

kimia tersebut, spesimen yang digunakan dapat dimasukkan ke dalam golongan

baja karbon rendah AISI 1021.

Tabel 3.1. Komposisi kimia baja karbon rendah AISI 1021

Unsur Kandungan (%) Unsur Kandungan (%)

Fe 97,6 Co 0,0704

C 0,204 Cu 0,234

Si 0,527 Nb 0,0486

Mn 0,392 Ti 0,0142

P 0,0795 V 0,0272

S 0,0532 W < 0,0250

Cr 0,248 Pb < 0,0100

Mo 0,0431 Ca 0,0009

Ni 0,354 Zr 0,0243

Al 0,0260

Panjang : 100 mm

Lebar : 30 mm

Tebal : 3 mm

Gambar 3.2. Dimensi katoda

100 mm

3 mm 30 mm


commit to user

25

2. Anoda (Logam pelapis)

Dalam penelitian ini anoda yang digunakan anoda timbal (Pb) karena

bukan sebagai pelapis dan tidak larut, endapan yang terbentuk di katoda adalah

asam kromat yang telah dilarutkan dengan asam sulfat dan air. Timah hitam

hanya sebagai penghantar arus listrik saja karena mempunyai sifat daya hantar

yang baik.

Panjang : 75 mm

Lebar : 37 mm

Tebal : 3 mm

Gambar 3.3. Dimensi anoda

3. Larutan elektrolit

Komposisi pembuatan larutan untuk pelapisan krom :

CrO3 / krom oksida (chromic oxide) 250 gr/1iter

Berbentuk serbuk

H2SO4 / asam sulfat (sulfate acid) 5 gr/liter

3.3. Mesin Dan Alat Penelitian

Proses pelapisan dan pengujian logam dilakukan di laboratorium

Material Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret. Adapun alat

yang digunakan adalah sebagai berikut :

a. Rectifier

Rectifier ini berfungsi sebagai sumber arus listrik searah (DC). Dengan alat ini

tegangan dan arus yang akan digunakan dalam penelitian dapat diatur.

75 mm

3 mm 37 mm


commit to user

26

Gambar 3.4. Rectifier

b. Gelas ukur

Gelas ukur berfungsi sebagai tempat untuk menampung larutan elektrolit yang

akan digunakan di dalam penelitian atau bak plating. Gelas ukur juga

digunakan untuk mengukur volume air dan larutan elektrolit.

Gambar 3.5. Gelas Ukur

c. Bak pembersih

Setelah spesimen dilapisi, spesimen dibilas dengan air bersih pada bak

pembersih yang telah disiapkan. Bak pembersih ini berfungsi untuk

membersihkan spesimen dari sisa larutan plating.


commit to user

27

Gambar 3.6. Bak pembersih

d. Thermocontroller

Thermocontroller digunakan untuk mengukur suhu larutan elektrolit,

menngatur suhu yang diinginkan dan sebagai sakelar otomatis untuk memutus

aliran listrik ke kompor listrik.

Gambar 3.7. Thermocontroller


commit to user

28

e. Pemanas (kompor listrik)

kompor listrik digunakan untuk memanaskan larutan elektrolit

Gambar 3.8. Kompor listrik

f. Timbangan digital

Timbangan digital digunakan untuk menimbang bahan kimia untuk larutan

elektrolit, berat spesimen sebelum dan sesudah pelapisan.

Gambar 3.9. Timbangan digital

g. Kabel listrik

Kabel listrik digunaan untuk mengalirkan listrik dari rectifier ke katoda dan

anoda serta peralatan elektronik lainnya.


commit to user

29

h. Spektrometer

Spektrometer adalah mesin uji komposisi kimia. Mesin ini digunakan untuk

menguji komposisi kimia spesimen yang akan dilapisi.

Gambar 3.10. Spektrometer

i. Gerinda listrik

Gerinda listrik digunakan untuk menghaluskan permukaan benda kerja dan

untuk menghilangkan lapisan oksida yang melapisi permukaan logam.

\

Gambar 3.11. Gerinda listrik

j. Stopwatch

Stop watch digunakan untuk menghitung lama waktu pelapisan krom keras.


commit to user

30

k. Sandpaper

Sandpaper atau amplas digunakan untuk menghaluskan permukaan specimen

uji. Sandpaper yang digunakan memiliki ukuran kekasaran 100, 150, 300, 600,

800, dan 1000,

Gambar 3.12. Sandpaper

l. Mandrel (silinder tekuk)

Mandrel atau silinder tekuk digunakan untuk mengatur diameter tekukan saat

uji adhesivitas. Madrel yang digunakan bediameter 3 kali tebal plat yaitu 12

mm sesuai dengan ASTM B 571-97 standard banding test.

Gambar 3.13. Mandrel

m. Jangka sorong

Alat ini dipakai untuk mengukur dimensi spesimen. Pembacaan skala

pengukuran dimensi spesimen sampai ketelitian 0,1 mm.

n. Kamera digital

Kamera digital digunakan untuk mengambil gambar spesimen setelah

dilakukan proses elektroplating, dan setelah dilakukan uji adhesivitas. Selain

itu kamera digital juga digunakan untuk mengambil gambar proses

elektroplating dan alat-alat yang diperlukan dalam elektroplating.


commit to user

31

o. Mesin uji keras jenis micro vickers

Alat uji kekerasan permukaan ini digunakan untuk menentukan kekerasan

lapisan hasil pelapisan hard chrome.

Gambar 3.14. Micro vickers

p. Alat tekuk plat

Alat tekuk plat ini digunakan untuk pengujian adhesivitas lapisan krom.

Gambar 3.15. Alat tekuk plat


commit to user

32

Gambar 3.16. Rangkaian instalasi penelitian

3.4. Pelaksanaan Penelitian

Pelaksanaan pelapisan krom keras dilakukan di laboratorium Material

Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret. Adapun tahap-tahap

dalam pelaksanaan pelapisan krom keras adalah sebagai berikut :

3.4.1. Persiapan Spesimen Uji

Spesimen yang digunakan dalam penelitian ini adalah plat strip yang

telah diuji komposisi kimianya. Pengujian komposisi kimia dilakukan untuk

mengetahui jenis dari spesimen yang akan dipergunakan. Dari hasil pengujian

komposisi kimia menunjukkan bahwa spesimen merupakan karbon rendah AISI

1021. Spesimen yang akan digunakan dalam penelitian dipotong dengan ukuran

panjang 100 mm, lebar 30 mm, tebal 3 mm, kemudian dilakukan pembersihan

secara mekanik. Pembersihan secara mekanik dilakukan dengan menggunakan

gerinda, kemudian dilanjutkan dengan menggunakan kertas amplas dengan ukuran

kekasaran 100, 150, 300, 600, 800, 1000. Hal ini dilakukan untuk menghilangkan

karat dan kotoran-kotoran yang menempel pada permukaan spesimen.

Rectifier

Kompor Listrik

Thermo Controller

Stop Kontak

Bak Plating

Katoda Anoda

Thermocouple

Kontak Kompor Listrik

Amperemete


commit to user

33

3.4.2. Pembuatan Larutan Elektrolit

Cara pembuatan larutan elektrolit pelapisan krom keras adalah sebagai

berikut (Saleh, A.A., 1995) :

1. Timbang bahan-bahan sesuai dengan berat yang telah ditentukan.

Komposisi pembuatan larutan untuk pelapisan krom keras adalah :

CrO3 250 gr/1iter

H2SO4 5 gr/1iter

2. Sediakan aquades sebanyak 6 liter.

3. Empat setengah liter air tersebut dimasukkan ke dalam bak.

4. Masukkan bahan-bahan yang telah tersedia seperti komposisi diatas secara

berurutan sebagai berikut :

a) Masukkan krom oksida dan aduk hingga larut.

b) Masukkan asam sulfat secara perlahan-lahan sambil diaduk hingga larut.

c) Sisa air satu setengah liter dimasukkan juga sambil diaduk.

d) Biarkan larutan selama ± 4 jam, kemudian dilakukan penyaringan.

e) Setelah dilakukan penyaringan, biarkan lagi larutan selama ± 4 jam.

f) Larutan yang telah mengalami penyaringan dan pengendapan selama ± 4

jam, sudah bisa digunakan.

3.4.3. Pengerjaan Awal

Setelah pembersihan secara mekanik selesai, dilanjutkan dengan proses

degreasing, yaitu pembersihan spesimen dengan menggunakan larutal alkali

(basa) agar kotoran dan lemak-lemak yang menempel saat proses pembersihan

secara mekanik hilang. Setelah itu dilakukan proses rinsing atau pembilasan

dengan air bersih dan spesimen dikeringkan dengan cara dijemur di bawah sinar

matahari. Setelah spesimen kering dilanjutkan dengan proses pickling, yaitu

pembersihan specimen dengan menggunakan larutan asam. Proses pickling

dilakukan dengan mencelupkan spesimen pada larutan asam sulfat (H2SO4)

dengan kosentrasi sebesar 10-40% pada suhu 60-80 °C selama 5-15 menit (Saleh,

A.A., 1995). Tujuan dari pickling adalah untuk membersihkan benda kerja dari

lapisan oksida atau karat dan unsur-unsur pengotor lainnya yang menempel,

sehingga akan menghasilkan daya adhesivitas yang kuat pada benda kerja.


commit to user

34

3.4.4. Proses Pelapisan Krom Keras

Langkah-langkah dalam proses pelapisan krom keras adalah sebagai

berikut :

1. Mempersiapkan seluruh alat dan bahan yang akan digunakan dalam proses

pelapisan seperti spesimen, larutan elektrolit, logam pelapis, rectifier,

stopwatch, thermometer, thermocontroller, bak plating, bak pembilas dll.

2. Spesimen yang akan dilapisi harus dibersihkan dengan proses mekanik,

degreasing, rinsing, dan pickling terlebih dahulu.

3. Setelah pickling selesai spesimen dibilas dengan air bersih.

4. Pelaksanaan pelapisan krom keras (hard chrome) :

a. Timbang berat spesimen sebelum dilapisi

b. Sebelum spesimen dimasukan ke dalam larutan chromium, panaskan larutan

elektrolit sampai temperatur konstan 50-60 °C

c. Spesimen yang telah dibilas, lalu dimasukkan ke dalam larutan krom keras.

d. Hubungkan ke sumber arus listrik (rectifier), spesimen/katoda ke kutub

negatif, sedangkan anoda/pelapis ke kutub positif

e. Setelah semuanya siap stop kontak dihidupkan

f. Mengatur besar rapat arus dan menghidupkan stopwatch

g. Pencelupan dilakukan dengan memvariasikan waktu pelapisan dan rapat

arus katoda :

Waktu pelapisan : 30, 40, 50, dan 60 menit

Variasi rapat arus : 20, 30, 40 dan 50 A/dm²

h. Setelah proses pelapisan krom keras selesai, spesimen diangkat dan

langsung dibilas dengan air bersih yang ada di bak pembilasan

i. Setelah pembilasan selesai, kemudian dilakukan pengeringan

j. Timbang berat spesimen setelah dilapisi

5. Pelaksanaan proses akhir :

Melakukan pengamatan visual

Melakukan pengambilan gambar

Melakukan pengujian kekerasan

Melakukan pengujian adhesivitas

Pengolahan data hasil penelitian


commit to user

35

3.5. Pengujian Lapisan Krom Keras

Pengujian lapisan krom keras dilakukan untuk mengetahui pengaruh

waktu pelapisan dan rapat arus katoda terhadap kekerasan dan adhesivitas lapisan

krom keras. Pengujian lapisan krom keras dilakukan dalam dua tahap yaitu :

1. Pengujian kekerasan lapisan krom keras

2. Pengujian adhesivitas lapisan krom keras

3.5.1. Pengujian Kekerasan Lapisan Krom Keras

Pada tahap ini, spesimen yang telah disiapkan diuji kekerasannya dengan

menggunakan mesin uji keras jenis mocro vickers. Metode vickers ini berdasarkan

pada ASTM E 384-99. Kekerasan micro vickers atau VHN (Vickers Hardness

Number) didapat dari pengukuran diagonal rata-rata yang kemudian dihitung

dengan rumus (2.5).

3.5.2. Pengujian Adhesivitas Lapisan Krom Keras

Pengujian tingkat adhesivitas lapisan krom keras dilakukan dengan cara

pengujian tekuk (bend test) sesuai dengan ASTM B 571-97. Langkah-langkah

persiapan dan pengujian adhesivitas sesuai dengan langkah-langkah pengujian

adhesivitas yang telah dijelaskan pada dasar teori pengujian adhesivitas lapisan.


commit to user

36

BAB IV

DATA DAN ANALISA

4.1. Analisa Kekerasan Lapisan

Pengujian kekerasan pada spesimen dilakukan pada sebelum dan sesudah

dilakukannya pelapisan krom keras. Hal ini dilakukan untuk mengetahui kenaikan

nilai kekerasan spesimen setelah dilakukan pelapisan krom keras. Pengukuran

kekerasan lapisan krom keras dilakukan dengan menggunakan mesin uji keras

jenis micro vickers berdasarkan pada ASTM E 384-99. Sebelum dilakukan

pengujian, terlebih dahulu mengatur beban indentasi sebesar 200 gf. Setelah itu

dilakukan pengujian kekerasan spesimen sebelum dan sesudah dilakukannya

pelapisan krom keras dengan contoh perhitungan sebagai berikut :

Contoh perhitungan kekerasan spesimen A1 sebelum dilapisi

Diketahui : Beban penekanan (P) = 200 gf = 0,2 kgf

Titik 1 : Diagonal 1 = 43,13 µm = 43,13 × 10-3 mm

Diagonal 2 = 42,01 µm = 42,01 × 10-3 mm

Diagonal rata-rata (d) = 42,57 µm = 42,57 × 10-3 mm


Diagonal 2 = 41,50 µm = 41,50 × 10-3 mm



Diagonal 2 = 42,82 µm = 42,82 × 10-3 mm


Kekerasan lapisan titik 1

HVmm

kgf

d

PVHN 61,204

)1057,42(

2,0854,1

)(

854,12321


HVmm

kgf

d

PVHN 71,204

)1042,56(

2,0854,1

)(

854,12322


HVmmkgf

dP

VHN 97,205)1043,42(

2,0854,1)(

854,12323


commit to user

37

Kekerasan rata-rata lapisan

HVVHNVHNVHN

VHN ratarata 10,2053

97,20571,20461,2042

321

Standar deviasi

1

)( 2

n

xXS i

x

76,013

)10,20597,205()10,20471,204()10,20561,204( 222

Hasil perhitungan spesimen sebelum dan sesudah pelapisan krom keras

dapat dilihar pada tabel 4.1. di bawah ini :

Tabel 4.1. Kekerasan spesimen sebelum dan sesudah pelapisan

Kode

Spesimen

Waktu

(Menit)

Rapat Arus

(A/dm2)

Kekerasan Spesimen

(HV)

Selisih

Kekerasan

(HV) Sebelum Sesudah

A1

30

20 205,10 302,98 97,88

A2 30 205,05 355,82 150,77

A3 40 206,16 402,33 196,17

A4 50 205,68 376,92 171,24

B1

40

20 205,21 337,49 132,28

B2 30 205,18 408,63 203,45

B3 40 205,32 458,92 253,60

B4 50 204,71 403,66 198,95

C1

50

20 205,05 412,37 207,32

C2 30 204,23 441,21 236,98

C3 40 206,44 491,39 284,95

C4 50 205,40 475,11 269,71

D1

60

20 204,77 459,25 254,48

D2 30 206,10 499,41 293,31

D3 40 205,37 527,35 321,98

D4 50 204,60 503,53 298,93


commit to user

38

Gambar 4.1. Grafik kekerasan lapisan sebagai fungsi rapat arus

Pada grafik kekerasan lapisan sebagai fungsi rapat arus terlihat bahwa

secara umum kekerasan naik secara siknifikan pada rapat arus 20 A/dm2 sampai

40 A/dm2 dan kemudian kekerasan menurun bila rapat arus lebih dari 40 A/dm2.

Proses pelapisan krom keras pada rapat arus 20 A/dm2 dan 30 A/dm2

menghasilkan kekerasan yang rendah. Hal ini disebabkan daya listrik yang rendah

dan penyebaran arus kurang merata sehingga pelapisan kurang optimal. Proses

pelapisan krom keras pada rapat arus 40 A/dm2 memberikan konduktivitas arus

terbaik sehingga mobilitas ion-ion krom (Cr3+) yang menuju katoda untuk

membentuk endapan menjadi optimal. Proses pelapisan krom keras pada rapat

arus 50 A/dm2 reaksi ion-ion krom (Cr3+) meningkat yang disertai kenaikan

temperatur larutan elektrolit. Temperatur elektrolit yang terlalu tinggi

menyebabkan gelembung-gelembung gas disekitar benda kerja terlalu banyak. Hal

tersebut mengakibatkan pelapisan kurang optimal karena terhambatnya ion-ion

krom (Cr3+) yang akan menempel pada katoda. Pelapisan yang kurang optimal

menyebabkan menurunnya kekerasan dan adhesivitas lapisan.

250

300

350

400

450

500

550

15 20 25 30 35 40 45 50 55

Kek

eras

an (

HV

)

Rapat Arus (A/dm2)

30 menit 40 menit 50 menit

60 menit Poly. (30 menit) Poly. (40 menit)

Poly. (50 menit) Poly. (60 menit)


commit to user

39

Gambar 4.2. Grafik kekerasan lapisan sebagai fungsi waktu

Dari grafik kekerasan lapisan sebagai fungsi waktu dapat dilihat bahwa

semakin lama waktu pelapisan akan menghasilkan kekerasan lapisan yang

semakin tinggi. Hal ini disebabkan semakin lama proses pelapisan akan

meningkatkan pengendapan ion-ion krom (Cr3+) pada katoda. Pengendapan ion

yang meningkat pada permukaan katoda akan berdampak terhadap bertambahnya

ketebalan lapisan krom sehingga kekerasan lapisan bertambah. Waktu pelapisan

yang terlalu lama dapat menyebabkan lapisan krom keras menjadi getas sehingga

adhesivitasnya menurun.

4.2. Analisa Adhesivitas Lapisan

Pengujian adhesivitas dilakukan dengan cara pengujian bend test sesuai

dengan ASTM B 571 – 97. Pengujian dilakukan dengan menekuk plat dengan

menggunakan alat penekuk plat yang telah dilengkapi dengan mandrel sebagai

pengatur diameter tekukan. Mandrel yang digunakan berukuran diameter 12 mm

sesuai dengan standar pengujian bend test yaitu diameter harus 3 kali tebal plat.

Hasil pengujian adhesivitas dapat dilihat di gambar 4.9., 4.10., 4.11., dan 4.12.

sebagai berikut :

250

300

350

400

450

500

550

25 30 35 40 45 50 55 60 65

Kek

eras

an (

HV

)

Waktu (menit)20 A/dm2 30 A/dm2 40 A/dm250 A.dm2 Poly. (20 A/dm2) Poly. (30 A/dm2)Poly. (40 A/dm2) Poly. (50 A.dm2)


commit to user

40

20 A/dm2 30 A/dm2 40 A/dm2 50 A/dm2

Gambar 4.3. Spesimen hasil pelapisan selama 30 menit

20 A/dm2 30 A/dm2 40 A/dm2 50 A/dm2



commit to user

41

20 A/dm2 30 A/dm2 40 A/dm2 50 A/dm2


20 A/dm2 30 A/dm2 40 A/dm2 50 A/dm2



commit to user

42

Dari gambar 4.3, 4.4, 4.5, 4.6 terlihat bahwa secara umum adhesivitas

akan meningkat pada rapat arus 20 A/dm2 sampai 40 A/dm2 dan kemudian

adhesivitas menurun bila rapat arus lebih dari 40 A/dm2. Pada rapat arus 20 A/dm2

menghasilkan lapisan krom keras dengan tingkat adhesivitas rendah. Hal ini

dikarenakan rapat arus 20 A/dm2 merupakan rapat arus yang terlalu rendah,

sehingga konduktivitas arus dan mobilitas ion-ion krom (Cr3+) yang menuju

katoda untuk membentuk endapan menjadi kurang optimal.

pada rapat arus 30 A/dm2 dan 40 A/dm2 menghasilkan lapisan krom

keras dengan tingkat adhesivitas tinggi. Hal ini dikarenakan pada rapat arus 30

A/dm2 dan 40 A/dm2 memberikan konduktivitas arus terbaik sehingga mobilitas

ion-ion krom (Cr3+) yang menuju katoda untuk membentuk endapan menjadi

optimal.

Sedangkan rapat arus 50 A/dm2 juga menghasilkan lapisan krom keras

dengan tingkat adhesivitas rendah. Hal ini dikarenakan rapat arus 50 A/dm2

merupakan rapat arus yang terlalu tinggi, sehingga reaksi ion-ion krom (Cr3+)

meningkat yang disertai kenaikan temperatur larutan elektrolit. Temperatur

elektrolit yang terlalu tinggi menyebabkan gelembung-gelembung gas hidrogen

(H) disekitar benda kerja terlalu banyak. Gelembung-gelembung gas hydrogen

(H) dapat menyebabkan cacat pada lapisan lapisan krom keras yang biasa disebut

kerapuhan hidrogen (hydrogen embrittlement). Gelembung-gelembung gas

hydrogen (H) juga dapat menyebabkan pelapisan krom keras menjadi kurang

optimal karena terhambatnya ion-ion krom (Cr3+) yang akan menempel pada

katoda.

Pelapisan yang kurang optimal menyebabkan ion-ion krom (Cr3+) hanya

mengendap pada permukaan spesimen dan tidak mampu mensubstitusi susunan

atom baja karbon (Fe3C). Hal ini mengakibatkan menurunnya tingkat adhesivitas

lapissan krom keras.


commit to user

43

30 menit 40 menit 50 menit 60 menit

Gambar 4.7 Spesimen hasil pelapisan selama 20 A/dm2


Gambar 4.9. Spesimen hasil pelapisan selama 30 A/dm2


commit to user

44






commit to user

45

Dari gambar 4.7, 4.8, 4.9, dan 4.10 terlihat bahwa secara umum semakin

lama proses pelapisan maka adhesivitas lapisan krom keras akan semakin

menurun. Hal ini dikarenakan waktu pelapisan yang terlalu lama menyebabkan

jumlah mobilitas ion-ion krom (Cr3+) yang menuju katoda untuk membentuk

endapan terlalu banyak. Waktu pelapisan yang terlalu lama menyebabkan endapan

ion-ion krom (Cr3+) menjadi jenuh dan kurang optimal. Pengendapan yang kurang

optimal menyebabkan ion-ion krom (Cr3+) hanya mengendap pada permukaan

spesimen dan tidak mampu mensubstitusi susunan atom baja karbon (Fe3C). Hal

ini mengakibatkan menurunnya tingkat adhesivitas lapisan krom keras.


commit to user

46

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Dari proses yang dilakukan dengan variasi waktu pelapisan dan rapat

arus katoda pada proses elektroplating krom keras untuk uji tampak fisik,

kekerasan dan adhesivitas lapisan dari baja karbon rendah AISI 1021 dapat

diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Semakin lama waktu pelapisan mengakibatkan kekerasan lapisan krom keras

meningkat tetapi adhesivitasnya menurun.

2. Kekerasan dan adhesivitas lapisan krom keras meningkat pada rapat arus 20

A/dm2 sampai 40 A/dm2 tetapi menurun pada rapat arus 50 A/dm2.

5.2. Saran

Dalam penelitian ini yang dibahas hanya pengaruh variasi waktu

pelapisan dan rapat arus katoda terhadap kekerasan dan adhesivitas lapisan pada

proses elektroplating hard chrome. Selanjutnya pada penelitian berikutnya

disarankan :

1. Melakukan penelitian dengan memvariasikan parameter-parameter lain yang

dapat mempengaruhi proses pelapisan.

2. Sebaiknya dilakukan penelitian lanjutan untuk proses pelapisan krom keras.

3. Spesimen yang digunakan jangan terlalu tebal karena akan kesulitan saat

melakukan bend test untuk mengetahui adhesivitas lapisan.

pengaruh waktu pelapisan dan rapat arus katoda …

Documents