Pengaruh Konsentrasi NaCl Terhadap Ketahanan

Korosi Lapisan HasilHot Dip Galvanizing Pada

Cold Rolled Steel AISI 1020

Oleh

Fitria Indah Nur Aini (2706 100 012)

Dosen Pembimbing:

Prof. Dr. Ir. Sulistijono, DEA

Dr. Diah Susanti, ST, MT.

Sidang Laporan Tugas Akhir

• Abstrak

Berbagai bidang kehidupan tidak lepas dari penggunaan logam, terutama baja. Tidak sedikitbaja-baja tersebut mengalami proses pembentukan logam yang berkaitan denganperubahan dimensi dan ukuran. Proses pembentukan dapat dilakukan denganpengerjaan dingin (cold work). Deformasi plastis yang terjadi meninggalkan tegangansisa. Penempatan komponen baja harus diperhatikan, terutama pada lingkungan ber ion (Cl-,) dalam hal ini adalah garam (NaCl). Pengaruh lingkungan dengan ion Cl- akanmenyebabkan korosi baja. Kerugian yang diakibatkan korosi dapat dikurangi denganproses pelapisan logam dengan logam lain yang lebih anodik. Salah satunya adalah Hot Dip Galvanizing. Hot Dip Galvanizng menggunakan seng sebagai logam pelapisnya.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari pengaruh konsentrasi larutan NaCl terhadap ketahanan korosi lapisan hasil Hot Dip Galvanizing pada cold rolled steel AISI 1020. Dalam penelitian ini digunakan derajat deformasi 0 % dan 40 % serta variasikonsentrasi dari NaCl 0.2 M, 0.35 M, dan 0.5 M. Perhitungan laju korosi diperoleh melauimetode polarisasi potensiodinamik.

Hasilnya menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi NaCl semakin tinggi pula lajukorosi pada masing-masing lapisan. Laju korosi tertinggi pada lapisan Zn, FeZn dan Fe masing-maisng yaitu 60,8237mpy, 5,4666 mpy dan 25,7589 mpy. Lapisan paduan FeZnmemiliki laju korosi terendah daripada lapisan Zn dan Fe.

• Kata Kunci: Konsentrasi NaCl, Hot Dip Galvanizng, laju korosi, Cold Rolled Steel

Abstrak

PE N D AH U LU AN

Latar Belakang

Baja karbon banyakdigunakan pada

berbagai komponenpermesinan dan

konstruksi

Proses pengerjaan dingin pada baja

meninggalkan tegangan sisa

Korosi pada baja menyebabkan

banyak kerugian

Lingkungan penempatan komponen

Cara penanggulangan korosi --> Hot Dip

Galvanizing

• Bagaimana pengaruh variasi konsentrasi larutan NaCl terhadap ketahanan korosi lapisan hasil Hot Dip Galvanizing pada cold rolled steel.

Perumusan Masalah

• Hasil cold work dianggap homogen.

• Hasil Hot Dip Galvanizing dianggap merata danhomogen.

• Parameter Hot Dip Galvanizing dianggap konstan.

• Pengaruh agitasi diabaikan.

• Tidak terjadi perubahan terhadap temperatur dan volume larutan sepanjang waktu.

Batasan Masalah

• Tujuan penelitian ini adalah mempelajaripengaruh variasi konsentrasi larutan NaCl terhadap ketahanan korosi lapisan hasil Hot Dip Galvanizing pada cold rolled steel AISI 1020.

Tujuan Penelitian

Rulendro Prasetyo, Agung Setyo D, Bibit Sugito.2009. Pengaruh VariasiKonsentrasi Larutan NaCl DenganKonsentrasi 3,5%, 4%, 5% Terhadap Laju Korosi Baja KarbonSedang

“semakin tinggikonsentrasi NaClsemakin cepat korosiyang terjadi”.

Paper review

A.P. Yadav, A. Nishikata, T. Tsuru. 2007. Effect of Fe–Zn alloy layer on the corrosion resistance of galvanized steel in chloride containing environments. Japan

“Laju korosi lapisanpaduan lebih rendah darilapisan zinc coating danpaling rendah darikeseluruhan lapisan hasilHot Dip Galvanizing”

IGA Kade Suriadi dan IKSuarsana .2007. Prediksi lajukorosi dengan perubahanbesar derajat deformasiplastis dan media pengkorosipada material baja Karbon.

”laju korosi semakinmeningkat seiring denganmeningkatnya derajatdeformasi”.

Ronald Nasoetiopan dan LingMusalam.2004. Pengaruhklorida terhadap laju korosibaja karbon dan baja tahankarat dengan sistemintermittent immersion test.

“pada baja karbon pengaruhion Cl- meningkatkan lajukorosi yang cukup besar baikpada pengaruh waktu yangsama maupun berbeda”.

TIN JAU AN PU S T AKA

Proses pengerjaan dingin (cold wrking)

• Cold working adalah suatu proses pembentukan secara plastis terhadap logam atau paduan yang dilakukan di bawah temperatur rekristalisasi (van vlack, 1991).

Penentuan Derajat Deformasi

Persamaan 2.1. penentuan derajat deformasi ( Datsko, 1996 )

Tinjauan Pustaka

Korosi• Korosi dapat diartikan sebagai penurunan

mutu atau perusakan suatu logam karena bereaksi dengan lingkungannya. Reaksi ini menghasilkan oksida logam, sulfida logam atau hasil reaksi lainnya. Dengan bereaksi ini sebagian logam akan “hilang” dan menjadi suatu senyawa yang lebih stabil. (Fontana,1967)

Pengaruh lingkungan terhadap korosi

• TemperaturSecara umum kenaikan temperatur menyebabkan kenaikan laju korosi

• pH• Bahan pengotor dan komposisi media

Bahan pengotor di media korosif bisa berupa karbondioksida (CO2), sulfurdioksida (SO2), sulfurtrioksida (SO3), senyawa nitrat, asam belerang, ion –ion sulfur, ion – ion klorida, dll. Bahan pengotor bersifat mempercepat laju korosi karena menurunkan pH (menaikkan derajat keasaman) media korosif. (Sulistijono.1999)

• Kecepatan elektrolitSecara umum laju korosi meningkat seiring dengan kenaikan kecepatan media

korosif

• Pengaruh konsentrasi elektrolitKonsentrasi media korosif berpengaruh terhadap laju korosi bergantung dari jenis

media tersebut dan jenis logam yang berada dimedia tersebut.

Hot Dip GalvanizingDegreasing (caustic cleaning)

Proses pembersihan dilakukan dengan menggunakan larutan NaOH (soda kaustik) dengan konsentrasi 5% – 10% pada suhu 70o C – 90o C selama kurang lebih 10 menit.

Rinsing

Pembilasan dengan air

Pickling

spesimen dengan cara dicelupkan ke dalam larutan HCl (asam klorida) atau larutan H2SO4

(asam sulfat) dengan konsentrasi 10%–15% selama 15 – 20 menit.

Fluxing

Proses fluxing merupakan proses pelapisan awal dengan menggunakan Zinc Amonium Cloride (ZAC) dengan konsentrasi 20% – 30% selama 5 – 8 menit.

Drying

Proses drying merupakan proses pengeringan dan pemanasan awal dengan menggunakan gas panas yang suhunya kurang lebih 150o C,

galvanizing

Pencelupan spesimen ke dalam cairan seng

Quenching

mencelupkan spesimen ke dalam larutan sodium cromate dengan konsentrasi 0,015% pada suhu kamar ataupun dengan menggunakan air.

Hot Dip Galvanizing

M E T O D O LO G I

PE N E LIT IAN

Gambar 3.1

Diagram Alir

Penelitian

Diagram Alir

Spesimen tanpa cold work

(0% cold work)

Spesimen yang di-cold

work ( 40 % )

Pelapisan dengan metode Hot Dip Galvanizing

Penggosokkan sampai lapisan

Fe, Fe-Zn, Zn

Imersi spesimen pada

larutan NaCl 0,5 M

selama 35hariPengujian polarisasi

potensiodinamik dengan

variasi larutan elektrolit 0,2 M

NaCl; 0,35 M NaCl dan 0,5

M NaClPengujian XRD

Pengambilan data

Analisa data dan pembahasan

Penarikan kesimpulan

Preparasi alat dan bahan

start

End

Pengamtan visual

menngunakan mikroskop

optik

Pemotongan penampang

melintang

Uji spektrometri

Adapun bahan yang digunakan dalam penelitian ini sebagai berikut:

1. Base metal

Material yang digunakan dalam penelitian ini yaitu AISI 1020dengan tebal awal 7,2 mm.

2. Larutan NaCl 0,2 M; 0,35 M; 0,5 M

3. Larutan NaOH 10%

4. Larutan HCl 15 %

5. Larutan Zinc Ammonium Chloride (ZnCl2-2NH4Cl) 30 %

6. Seng Special High Grade

Bahan

• Peralatan yang akan digunakan pada penelitian kali ini, antara lain : Jangka Sorong dan penggaris Kertas gosok grid 2000 Gerinda tangan Gergaji besi Alat potong plat Gelas ukur Sendok berbahan dasar plastik Kabel Pipet Stopwatch

Hair dryer

Mesin pres

Kamera Digital Mikroskop optik Peralatan pengujian XRD ( X-Ray Diffraction ) Peralatan pengujian polarisasi potensiodinamik.

Alat

1. Preparasi spesimen2. Cold work dengan derajat deformasi 0% dan 40%3. Hot Dip galvanizingTahap pengerjaan awal (pre treatment)

• Benda uji dimasukkan ke dalam larutan 10% NaOH pada temperatur 65oC selama 15 menit untuk menghilangkan lemak,cat dan kotoran organik lainnya.

• Pembilasan dilakukan dengan air pada bak air

• Benda uji dimasukkan ke dalam larutan 15% HCl selama 15 menit sampai noda-noda oksidasi atau karat hilang.

• Pembilasan dilakukan dengan air pada bak air.

• Pelapisan awal dilakukan dengan mencelupkan benda uji kedalam larutan 25% Ammonium Chloride (NH4Cl) pada temperatur 65oC selama 5 menit.

• Benda uji dikeringkan sampai benar-benar kering menggunakan hair dryer.

Langkah-langkah penelitian

Tahap Pelaksanaan Galvanizing

• Seng dipanaskan hingga mancair.

• Temperatur seng cair dijaga agar mencapai temperatur yang diinginkan (445oC-465oC).

• Stop watch disiapkan dan diaktifkan pada saat benda kerja dicelupkan.

• Benda uji dicelupkan ke dalam bak Galvanizing pada temperatur yang diinginkanyaitu pada temperatur 450oC. Benda uji yang dicelupkan selama 5 menit.

• Pendinginan dilakukan dengan mencelupkan benda yang telah terlapisi kedalam air selama 5 menit.

• Finishing dilakukan dengan menggerinda pada benda uji yang terdapat sisa-sisaseng yang menempel.

5. Penggosokan lapisan hasil Hot Dip Galvanizing menggunakan kertas gosok grid 2000. Penggosokan dilakukan pada lapisan Zn, Fe-Zn, dan Fe.

6. Pengujian polarisasi potensiodinamik

Elektroda kerja : spesimen

Elektroda bantu : batang karbon

Elektroda acuan : saturated calomel electrode (SCE)

5. Pengujian XRD

6. Pengamatan visual dengan mikroskop optik

7. Analisa data dan pembahasan

8. Kesimpulan

Hasil ujispektrometri

Komposisi AISI 1020

No. Komposisi Kadar (%)

1. Fe 98,2900

2. C 0,1700

3. Si 0,1500

4. Mn 0,8500

5. Cr 0,1000

6. Ni 0,0360

7. Mo 0,0018

8. Cu 0,3400

9. Al 0,0000

10. V 0,0130

11. W 0,0530

12. Ti 0,0000

13. Nb 0,0000

14. B 0,0000

15. S 0,2000

16. P 0,0280

PENENTUAN LAJU KOROSIBERDASARKAN KURVA POLARISASI

POTENSIODINAMIK.

Laju Korosi pada Kurva PolarisasiPotensiodinamik

• dimana :

CR = Laju korosi (mm/yr)

K1 = 3,27 x 10-3 g/µA cm yr

Icorr = Rapat Arus saat Ecorr (µA/cm2)

ρ = density (g/cm3)

EW = Equivalent Weight (BeratEkivalen)

Zn EW = 32,695 ρ = 7,14

FeZn EW = 32,4001 ρ = 7,1826

Fe EW = 27,78 ρ = 7,85

• Persamaan 2.3 Laju Korosi padaKurva Polarisasi Potensiodinamik

Tabel 4. 3. Laju Korosi pada tiap konsentrasi NaCl dan lapisan yang didapatkan melalui kurvapolarisasi potensiodinamik

% cold work Konsentrasi

NaCl ( M ) Lapisan

Polarisasi Potensiodinamik

Eo (V) Ecorr (V) Icorr (µA/cm2) Corrosion Rate

(mpy)

0% 0,2

Zn -1.0825 -1 0.73 0.4305

Fe-Zn -0.98125 -0.995 0.2 0.1162

Fe -0.39873 -0.391 0.31 0.1413

0,35

Zn -1.098 -1.108 0.85 0.5013

Fe-Zn -1.03125 -1.055 0.21 0.1220

Fe -0.585 -0.599 0.32 0.1458

0,5

Zn -1.04209 -1.057 3.02 1.7810

Fe-Zn -1.0522 -1.049 0.88 0.5112

Fe -0.505 -0.519 1.11 0.5059

40% 0,2

Zn -1.025 -1.02 3.57 2.1053

Fe-Zn -1.035 -1.056 0.22 0.1278

Fe -0.37125 -0.477 0.6 0.2734

0,35

Zn -1.021 -1.02 21.26 12.5374

Fe-Zn -1.03836 -1.03 4.48 2.6026

Fe -0.53636 -0.531 15.36 7.0003

0,5

Zn -0.98036 -1.049 103.14 60.8237

Fe-Zn -1.05 -1.051 9.41 5.4666

Fe -0.65 -0.677 56.52 25,7589

Gambar 4.7. laju korosi berbagai lapisan dankonsentrasi NaCl pada baja karbon rendah 0% CW

-

0,2000

0,4000

0,6000

0,8000

1,0000

1,2000

1,4000

1,6000

1,8000

2,0000

0,2 0,35 0,5

Co

rro

sio

n R

ate

(m

py)

konsentrasi NaCl (M)

Zn

FeZn

Fe

-

10,0000

20,0000

30,0000

40,0000

50,0000

60,0000

70,0000

0,2 0,35 0,5

Co

rro

sio

n R

ate

(m

py)

Konsentrasi NaCl (M)

Zn

FeZn

Fe

Gambar 4.8. laju korosi berbagai lapisan dankonsentrasi NaCl pada baja karbon rendah 40% CW

Tabel 4.4. kenaikan laju korosi pada masing-masing lapisan terhadap konsentrasi NaCldan derajat deformasi

% cold work Konsentrasi

NaCl ( M )Lapisan

Corrosion rate (mpy) kenaikan laju korosi

berdasarkan konsentrasi

(%)

kenaikan laju korosi

berdasarkan derajat deformasi

(%)

0% 0,2

Zn 0.4305 - -

Fe-Zn 0.1162 - -

Fe 0.1413 - -

0,35

Zn 0.5013 16.44 -

Fe-Zn 0.1220 5.00 -

Fe 0.1458 3.23 -

0,5

Zn 1.7810 313.70 -

Fe-Zn 0.5112 340.00 -

Fe 0.5059 258.06 -

40% 0,2

Zn 2.1053 - 389.04

Fe-Zn 0.1278 - 10.00

Fe 0.2734 - 93.55

0,35

Zn 12.5374 495.52 2,401.18

Fe-Zn 2.6026 1,936.36 2,033.33

Fe 7.0003 2,460.00 4,700.00

0,5

Zn 60.8237 2,789.08 3,315.23

Fe-Zn 5.4666 4,177.26 969.32

Fe 25.7589 9,320.00 4,991.89

Gambar 4.10. Penampangmelintang lapisan hasil Hot Dip Galvanizing 40% CW

Gambar 4.9. Penampang

melintang lapisan hasil Hot

Dip Galvanizing 0% CW

Penampang melintang lapisan hasil Hot Dip Galvanizing

Hasil XRD Lapisan Terluar Hasil Hot Dip Galvanizing

10 20 30 40 50 60 70 80 90

0% CW

40% CWre

lativ

e in

tens

ity

o2 theta

: NiSi

: Zn

: ZnO

Kesimpulan

Dari percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan :

Penambahan konsentrasi larutan NaCl menyebabkankenaikan laju korosi AISI 1020 hasil Hot Dip Galvanizing, baik yang mengalami maupun yang tidakmengalami cold roll. Laju korosi terbesar yaitu lapisanZn pada AISI 1020 di konsentrasi 0,5M NaCl.

Laju korosi lapisan paduan FeZn lebih rendah darilapisan zinc coating dan Fe. Laju korosi lapisan paduanmerupakan yang terendah dari seluruh lapisan hasilHot Dip Galvanizing.

Saran

Saran yang dapat diberikan:

Percobaan dilakukan pada konsentrasi NaCl yang lebihtinggi sehingga dapat mengetahui nilai konsentrasioptimum dari NaCl terhadap laju korosi lapisan hasilHot Dip Galvanizing.

Perlu adanya variasi temperatur pada pengujianselanjutnya untuk melihat kinerja lapisan hasil Hot Dip Galvanizing pada temperatur tinggi.

Perlu adanya variasi kecepatan fluida pada pengujianselanjutnya untuk melihat kinerja lapisan hasil Hot Dip Galvanizing pada fluida yang bergerak.

• ____________.2004. Hot Dip Galvanizing For Corrosion Prevention. USA :

• American Galvanizers Association ( AGA ).

• ____________.2002. “Standar Practice for Calculating of Corrosion Rates and Related Information from Electrochemical Measurement”. G102, Annual Book ASTM Standar.

• ____________.2002. “Standar Reference Test Method for Making Potensiostatic and Potensiodynamic Anodic Polarization Measurement”. G5, Annual Book ASTM Standar, vol.03.02,ASTM, West Chonshocken,PA.

• ____________.2002. “Standar Test Method for Conducting PotensiodynamicPolarization Resistance Measurement”. G59, Annual Book ASTM Standar, vol.03.02,ASTM, West Chonshocken,PA.

• ____________.2002. “Standar Specification for Zinc (HDG) Coating on Iron and Steel Product”. A123, Annual Book ASTM Standar.

• Anggara, Tri Teguh.2007. Pengaruh Variasi Temperatur Proses Pelapisan Metode Hot Dip Galvanizing Terhadap Tebal Lapisan, Struktur Mikro dan Korosi Pada Baja KarbonRendah.Semarang:Universitas Negeri Semarang.

• A.P. Yadav, A. Nishikata, T. Tsuru. 2007. Effect of Fe–Zn alloy layer on the corrosion resistance of galvanized steel in chloride containing environments. Japan.

• Askeland, Donald R.1984.The Science And Engineering Of Materials.

• Datsko, Joseph.1996.Material Properties and Manufakturing Process, second edition, New York.

Daftar Pustaka

• Fontana Mars, G.1978. Corrosion Engineering, Second edition, McGraw Hill International Book Company.

• Henkel Daniel, Pense Alan W. 2002. Structure and Properties of Engineering Materials. Fifth edition. Amerika: McGraw Hill

• Nasoetion, Ronald.Musalam, Ling. 2004. Pengaruh Klorida Terhadap Laju Korosi Pada Baja Karbon dan Baja Tahan Karat Dengan Sistem Intermitten Immersion Test. Serpong: LIPI

• Prasetyo, Rulendro.2009.Pengaruh Variasi Konsentrasi Larutan NaCl dengan konsentrasi3,5%, 4% dan 5% Terhadap Laju Korosi Baja Karbon Sedang.Surakarta: UniversitasMuhammadiyah Surakarta.

• Sulistijono.2000. Diktat Korosi dan Analisa Kegagalan. Surabaya: ITS.

• Syahbuddin, dan Abdul Rahmam.2003.Pertumbuhan Lapisan Intermetalik FeZn PadaPermukaan Sambungan Las Baja Struktur SS400 Selama Galvanis Pada460oC.Jakarta:Universitas Gunadarma.

• Supardi Rahmat. 1997. Korosi. Bandung: Tarsito

• Suriadi, IGA Kade, dan Buchanan, R.A. 2007. Prediksi Laju Korosi Dengan Perubahan BesarDerajat Deformasi Plastis dan Media Pengkorosi Pada Baja Karbon. Bali : UniversitasUdayana.

• Trethewey, KR. dan Chamberlain, J. 1991. Korosi untuk Mahasiswa dan Rekayasawan. Jakarta : PT. Gramedia Pustaka Utama.

• Van Vlack, Lawrence H., 1991, Ilmu dan Teknologi Bahan (Ilmu Logam dan Bukan Logam), alih bahasa Ir. Sriati Japrie M.E.E .Met,Penerbit Erlangga Jakarta.

• Zbigniew D. J., 1987, The Nature and Properties of Engineering Materials, third edition, New York.

Terima Kasih