Post on 26-Dec-2015
description
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
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
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)
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
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
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 :
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:
- 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
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
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
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
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