BAB II

GALVANIZING

2.1 Pengertian Galvanizing

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 disebut tahap

penyelesaian dari suatu produksi benda kerja.

Salah satu teknik pelapisan logam adalah galvanizing. Galvanizing adalah

proses penerapan protective zinc coating pada baja atau besi, untuk mencegah

berkarat. Istilah ini berasal dari nama ilmuwan Italia Luigi Galvani. Meskipun

galvanisasi dapat dilakukan dengan elektrokimia dan proses elektrodeposisi,

metode yang paling umum digunakan saat ini adalah hot-dip galvanisasi, di mana

bahan baja di rendam didalam bak zinc cair (molten zinc). Galvanis punya tingkat

ketebalan beragam, mulai dari 1 mikron (seperseribu milimeter) sampai 9 mikron

bahkan lebih. Untuk ketebalan 1 mikron biasanya produsen memberi jaminan 3

tahun anti karat (3 years rust free) dan untuk ketebalan 7 mikron produsen bisa

memberi jaminan hingga 30 tahun.

Proses galvanisasi banyak digunakan dikarenakan efisien, dapat dikerjakan

dalam kondisi cuaca apapun. Lapisan galvanis memberikan perlindungan

penghalang (barrier protection), lapisan galvanis memberikan perlindungan

katoda dengan cara mengorbankan lapisan seng sebelum lapisan logam yang

dilindungi, lapisan galvanis memberikan perlindungan.

2.2 Proses Galvanizing

Galvanisasi merupakan salah satu cara untuk mengurangi/ menghindari

proses korosi dengan melapisi logam yang kita ingin lindungi dengan logam lain

yang lebih mudah terkorosi. Ide galvanisasi sendiri berawal dari proses sel galvani

dan korosi galvani.

Sel galvani atau disebut juga sebagai sel volta adalah sel elektrokimia yang

dapat menyebabkan terjadinya energi listrik dari reaksi reduksi dan oksidasi

(redoks) yang spontan. Reaksi redoks spontan yang dapat mengakibatkan

terjadinya energi listrik ini ditemukan oleh Luigi Galvani dan Alessandro

Guiseppe volta.

Gambar 2.1 Rangkaian Sel Galvanis

Sel galvani terdiri dari beberapa bagian, yaitu:

1. Voltmeter, untuk menentukan besarnya potensial sel.

2. Jembatan garam (salt bridge), untuk menjaga kenetralan muatan listrik pada

larutan.

3. Anoda, elektroda negatif tempat terjadinya reaksi oksidasi.

4. Katoda, elektroda positif tempat terjadinya reaksi reduksi .

Pada anoda, logam Zn melepaskan elektron dan menjadi Zn2+ terlarut.

Zn(s) Zn2+(aq) + 2e-

Pada katoda, ion Cu2+ menangkap elektron dan mengendap menjadi logam Cu.

Cu2+(aq) + 2e Cu(s)

Hal ini dapat diketahui dari berkurangnya massa logam Zn setelah reaksi,

sedangkan massa logam Cu bertambah. Reaksi total yang terjadi pada sel galvani

adalah:

Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+

(aq) + Cu(s)

Pelapisan dengan metode hot dip galvanizing sering juga disebut dengan

proses pelapisan logam dengan logam lain yang lebih anodik sesuai dengan deret

galvanik.

Gambar 2.2 Deret Galvanik

(http://www.ianosbackfill.com/2003/12/the_galvanic_se.html)

Pada gambar 2.2 menunjukkan deret galvanik. Dari gambar ini dapat

diketahui bahwa seng bersifat lebih aktif (anodik) dari logam baja ataupun logam

lain seperti Al, Cd, Sn dsb. Oleh karena itu, seng dapat melindungi logam lain

terhadap serangan korosi.

Karat (oksida) dibiarkan tanpa perlindungan di hampir setiap lingkungan.

Menerapkan lapisan tipis seng baja adalah cara yang efektif dan ekonomis untuk

melindunginya dari korosi. Pelapis seng melindungi dengan menyediakan

penghalang fisik dan proteksi katodik logam yang akan dilindunginya.

Mekanisme utamanya yakni dimana lapisan galvanis melindungi logam utamanya

dengan memberikan penghalang untuk mencegah uap air kontak langsung dengan

logam. Tanpa kelembaban (elektrolit) tidak ada korosi. Sifat dari proses

galvanizing tidak hanya memastikan bahwa lapisan seng yang tahan terhadap

kelembaban, tetapi melekat dengan baik untuk logam dengan abrasi yang sangat

baik dan ketahanan korosi.

Lapisan galvanis tidak akan retak dari waktu ke waktu dengan cara pelapis

penghalang lainnya seperti cat. Namun, lapisan galvanis bersifat reaktif,

menimbulkan korosi dan mengikis lapisan logam secara perlahan, tapi memiliki

masa kerja yang berbanding lurus dengan ketebalan lapisan. Juga, kemampuan

seng pelapis untuk melindungi baja dengan bertindak sebagai penghalang

tergantung pada laju korosi seng dalam suatu lingkungan tertentu. Oleh karena itu

penting untuk memahami mekanisme korosi seng dan faktor-faktor apa saja yang

mempengaruhi laju korosinya.

Logam hasil galvanisasi bereaksi dengan lingkungan sekitarnya untuk

membentuk serangkaian produk korosi. Di udara, seng segera bereaksi dengan

oksigen membentuk lapisan seng oksida yang sangat tipis. Ketika muncul upa air,,

seng dan oksida akan bereaksi dengan air, sehingga pembentukan seng hidroksida.

Produk korosi akhir seng karbonat, yang dihasilkan dari seng hidroksida bereaksi

dengan karbon dioksida di udara. Zinc karbonat adalah lapisan tipis yang stabil,

ulet, dan memberikan perlindungan terhadap seng yang mendasari, dan

menghasilkan laju korosi rendah pada kebanyakan lingkungan. Karena lapisan

pelindung ini yang terbentuk pada seng di atmosfer, laju korosi adalah 7 sampai

10 kali lebih lambat dibandingkan besi.

Laju korosi seng berkorelasi dengan dua faktor utama yaitu waktu

kelembababan dan konsentrasi polutan udara. Korosi hanya terjadi ketika

permukaan basah. Pengaruh pembasahan pada laju korosi seng tergantung pada

jenis kelembaban. Misalnya, ketika uap air dari curah hujan menempel pada

logam, korosi akan dibentuk oleh kondensasi uap air tersebut dan membentuk

korosi.

PH larutan air yang kontak dengan seng memiliki pengaruh yang signifikan

terhadap tingkat korosi. Pada pH di bawah 6 dan di atas 12 akan terjadi

pengingkatan laju korosi secara substansial. Kebanyakan atmosfer di industri

mengandung sulfur dalam bentuk sulfur dioksida dan asam sulfat, dan

berkontribusi terhadap hujan asam yang dapat memiliki pH kurang dari 6. Gambar

2.3 menggambarkan pengaruh pH air pada laju korosi seng.

Gambar 2.3 Pengaruh pH pada Laju Korosi

Lingkungan klorida (yaitu laut) memiliki jauh lebih sedikit efek pada laju

korosi seng dari senyawa belerang, tetapi karena klorida dapat terjadi di

lingkungan biasa, mungkin akan menjadi masalah lingkungan yang paling sering

memerlukan perlindungan korosi ekstra. Meskipun demikian, bagian galvanis

terkena luar bisa tetap bebas karat selama bertahun-tahun dan dua alasan dasar

film seng karbonat relatif stabil yang terbentuk pada permukaan seng dan

perlindungan korban yang disediakan oleh seng.

Umur pakai logam yang dilapisi seng tergantung pada kondisi eksposur dan

pada ketebalan lapisan. Hubungan faktor-faktor ini ditunjukkan pada Gambar 2.4

Gambar 2.4 Umur pakai untuk produk hasil galvanizing pada berbagai

lingkungan

2.3 Jenis- Jenis Galvanizing

Zinc memiliki sejumlah karakteristik yang membuatnya korosi cocok lapisan

pelindung untuk produk besi dan baja di sebagian besar lingkungan. th e kinerja

lapangan yang sangat baik dari seng pelapis hasil dari kemampuannya untuk

membentuk padat, patuh film produk korosi dan laju korosi jauh di bawah bahan

besi (sekitar 10 sampai 100 kali lebih lambat tergantung pada lingkungan).

Sementara permukaan seng segar cukup reaktif saat terkena atmosfer, lapisan tipis

produk korosi berkembang pesat, sangat mengurangi laju korosi lebih lanjut.

Banyak jenis galvanizing yang tersedia secara komersial, antara lain hot-dip

galvanizing, electrogalvanizing, zinc plating, mechanical plating, zinc spraying,

dan zinc painting.

2.3.1 Hot-Dip Galvanizing

Pelapisan secara hot dip galvanizing (pelapisan secara celup panas)

adalah suatu proses pelapisan dimana logam pelapisnya dipanaskan terlebih

dahulu hingga mencair, kemudian logam yang akan dilapisi yang biasa

disebut logam dasar dicelupkan ke dalam bak galvanis yang telah berisi seng

cair, sehingga dalam beberapa saat logam tersebut akan terlapisi oleh lapisan

berupa lapisan paduan antara logam pelapis (seng) dengan logam dasar dalam

bentuk ikatan metalurgi yang kuat dan tersusun secara berlapis-lapis yang

disebut fasa.

Proses pelapisan dengan metode hot dip galvanizing dapat dibagi

menjadi tiga proses, yaitu :

a. Tahap persiapan

Tahap persiapan berfungsi untuk menghilangkan asam atau basa yang

merupakan bahan pengotor yang menempel pada spesimen, hal ini

dimaksudkan agar diperoleh kondisi permukaan yang bersih dan diperoleh

hasil lapisan yang baik. Proses pembersihan permukaan yang akan dilapisi

dapat dilakukan sesuai dengan jenis pengotor yang menempel pada

permukaan spesimen, namun proses pembersihan ini dapat dikelompokkan

menjadi dua yaitu proses pembersihan secara fisik (mekanik) dan proses

pembersihan secara kimiawi.

Pembersihan secara fisik dapat berupa pengamplasan dengan

menggunakan mesin gerinda, yang meliputi menghaluskan permukaan yang

tidak rata dan penghilangan goresan-goresan serta kotoran yang

menempel pada permukaan spesimen.

Gambar 2.2. Surface Preparation

Proses pembersihan secara kimiawi merupakan proses pembersihan

pengotor yang menempel pada permukaan spesimen dengan menggunakan

bahan-bahan kimia. Proses pembersihan ini meliputi :

1. Degreasing

Proses degreasing merupakan proses yang bertujuan untuk menghilangkan

kotoran, minyak, lemak, cat dan kotoran padat lainnya yang menempel pada

permukaan spesimen. Proses pembersihan dilakukan dengan menggunakan

larutan NaOH (soda kaustik) dengan konsentrasi 5% – 10% pada suhu 70oC –

90oC selama kurang lebih 10 menit.

2. Rinsing I

Proses rinsing I bertujuan untuk membersihkan soda kaustik pada proses

degreasing yang masih menempel pada permukaan spesimen dalam dengan

menggunakan air bersih pada temperatur kamar.

3. Pickling

Proses pickling bertujuan untuk menghilangkan karat yang melekat pada

permukaan spesimen dengan cara dicelupkan ke dalam larutan HCl (asam

klorida) atau larutan H2SO4 (asam sulfat) dengan konsentrasi 10% – 15%

selama 15 – 20 menit.

4. Rinsing II

Proses rinsing II bertujuan untuk membersihkan larutan HCl atau H2SO4

yang menempel pada spesimen saat proses pickling dengan menggunakan air

bersih pada temperatur kamar.

5. Fluxing

Proses fluxing merupakan proses pelapisan awal dengan menggunakan

Zinc Amonium Cloride (ZAC) dengan konsentrasi 20% – 30% selama 5 – 8

menit. Proses fluxing dilakukan dengan tujuan sebagai lapisan dasar untuk

memperkuat lapisan seng pada saat dilakukan proses pelapisan, sebagai

katalisator reaksi terjadinya pelapisan Fe-Zn serta untuk menghindari

terjadinya proses oksidasi sebelum proses galvanizing dilakukan.

Proses fluxing berlangsung pada temperatur 60oC – 80oC, hal ini

dimaksudkan agar perpindahan panas pada spesimen berlangsung secara

perlahan dan bertahap sehingga dapat menghindari terjadinya deformasi

plastis yang dapat mengganggu proses pelekatan seng pada benda kerja saat

proses galvanizing berlangsung.

6. Drying

Proses drying merupakan proses pengeringan dan pemanasan awal dengan

menggunakan gas panas yang suhunya kurang lebih 150oC, tujuannya untuk

menghilangkan cairan yang mungkin terdapat pada permukaan spesimen

yang dapat menyebabkan terjadinya ledakan uap saat proses galvanizing

berlangsung.

b. Tahap pencelupan (galvanizing)

Spesimen yang telah mengalami tahap persiapan (pre-treatment) dan telah

bersih dari segala pengotor kemudian langkah berikutnya yaitu dilakukan

proses pencelupan (galvanizing). Selama proses galvanizing berlangsung,

cairan seng akan melapisi baja dengan membentuk lapisan baja seng

kemudian barulah terbentuk lapisan yang sepenuhnya berupa unsur seng pada

permukaan terluar baja, larutan yang digunakan minimal adalah 98 % murni

unsur seng. Tahap pencelupan dilakukan selama kurang lebih 1,5 menit pada

suhu 440oC – 460oC. Ketebalan lapisan seng pada pelapisan dengan metode

hot dip galvanizing dipengaruhi oleh kondisi permukaan, lamanya

pencelupan dantemperatur pencelupan.

Gambar 2.3 Wet and Dry Galvanizing

Dalam proses galvanizing, umumnya terdapat dua tipe, yakni tipe

galvanisasi basah dan galvanisasi kering. Perbedaan keduanya, terletak pada

proses fluxing. Pada proses kering, fluxing dilakukan dengan larutan

amonium klorida sedangkan pada proses basah, fluxing menggunakan molten

flux blanket pada zinc bath surface.

c. Tahap pendinginan dan tahap akhir

Tahap pendinginan dilakukan dengan mencelupkan spesimen ke dalam

larutan sodium cromate dengan konsentrasi 0,015% pada suhu kamar ataupun

dengan menggunakan air. Proses ini bertujuan untuk mencegah terjadinya

white rust. Bagian akhir dari proses pelapisan berupa menghaluskan

permukaan yang runcing yang disebabkan oleh cairan seng yang hendak

menetes namun telah mengering terlebih dahulu.

2.3.2 Electro-galvanizing

Elektro coating galvanis diterapkan untuk baja lembaran atau strip

oleh elektrodeposisi. Electrogalvanizing adalah operasi kontinyu di mana baja

lembaran atau strip dimasukkan melalui peralatan entri yang sesuai, diikuti

oleh serangkaian pembesihan dan bilasan dan akhirnya ke dalam zinc plating

bath. Rangkaian seng yang paling umum digunakan adalah elektrolit-anoda

menggunakan timbal-perak, atau anoda larut lainnya dan elektrolit seng

sulfat. Anoda larut seng murni juga digunakan. Dalam proses ini, lembar

katoda logam berkembang sebagai ion seng dalam larutan elektrik dan

berubah menjadi seng logam dan diendapkan pada katoda. Penghalus butir

dapat ditambahkan untuk membantu menghasilkan permukaan yang halus.

Lapisan deposit seng terdiri dari seng murni yang melekat ke logam.

Lapisan ini sangat ulet bahkan setelah dilakukan proses deformasi. Berat

lapisan yang dihasilkan berkisar hingga 0,2 oz/ft2 (60 g / m2), atau ketebalan

hingga 0,36 mil (9,1 m) per sisi. Sedangkan pada kawat, berat lapisan dapat

mencapai hingga 3 oz/ft2 (915 g/m2). Lapisan seng murni lebih tipis dari

lembar galvanis. Proses perlakuan pada kawat dan pelapisannya dapat

mereduksi sampai 95% tergantung pada komposisi kimia dari kawat,

perlakuan panas, dan diameter.

Gambar 2.5 Electro-galvanizing Wire

Pelapisan elektro-galvanizing umumnya diterapkan untuk baja

lembaran dan kawat. Aplikasi yang paling umum adalah pada automobile,

badan alat dan fasteners. Selanjutnya, untuk memperpanjang umur pakai,

pelapis elektro galvanis dapat dilakukan treatment untuk membuatnya dapat

diproses pada tahap selanjutnya yaitu painting dan ini sering

direkomendasikan karena lapisan seng yang sangat tipis.

2.3.4 Zinc Painting

Zinc painting, sering keliru disebut cold galvanizing adalah aplikasi

dengan kuas atau semprot debu dari seng dicampur dengan bahan pengikat

organik atau anorganik. Debu seng harus dicampur dengan polimer untuk

menghasilkan campuran homogen dan adhesi yang tepat. Cat kaya seng

biasanya berisi 92-95% logam seng dalam film kering. Ketika disemprotkan ,

garis pakan harus dijaga sesingkat mungkin untuk mencegah pengendapan

debu seng dan mantel film yang tidak merata. Zinc painting dapat diterapkan

baik dalam ruangan atau lapangan.

Seperti semua lapisan cat, cat kaya seng adalah pelapisan permukaan.

Cat seng kaya bahan organik yang terdiri dari epoxies, hidrokarbon

diklorinasi, dan polimer lainnya atau anorganik berdasarkan silikat alkil

organik. Cat organik atau anorganik yang diterapkan pada ketebalan film

kering dari 2.5 sampai 3.5 mils. Jika diterapkan terlalu tebal, retak dapat

terjadi.

Gambar 2.6 Lapisan Zinc Painting

Salah satu kesamaan dari semua pelapisan seng adalah perlindungan

katodik yang diberikan. Pelapisan cat seng berbeda dari pelapisan lain karena

ada bahan mengikat digunakan untuk membentuk partikel seng. Untuk

perlindungan katodik debu seng harus berada pada konsentrasi yang cukup

tinggi untuk menyediakan konduktivitas antara partikel seng dan baja. Ini

adalah alasan lain agitasi konstan dan campuran yang homogen penting

selama aplikasi.

Cat kaya seng organik dan anorganik sedikit berbeda dalam kinerja

mereka. Cat anorganik yang melekat pada logam dengan reaktivitas kimia

ringan memiliki ketahanan pelarut yang baik dan dapat menahan suhu sampai

sekitar 700 F (375 Celcius). Densitas cat anorganik sekitar setengah densitas

seng per mil batch hot-dip coating galvanis.

Sifat-sifat cat organik tergantung pada sistem pelarut. Beberapa

mantel dapat diterapkan dalam waktu 24 jam tanpa retak. Cat organik tidak

memiliki ketahanan suhu yang sama dengan anorganik karena mereka

terbatas pada suhu 200-300 F. Seng kaya cat dapat diterapkan untuk baja dari

berbagai ukuran dan bentuk, meskipun aplikasi yang sulit di fabrikasi yang

lebih kompleks. Cat kaya seng banyak digunakan untuk proses yang

membutuhkan kinerja yang tinggi, dua dan tiga sistem mantel dan untuk

touch-up dan perbaikan batch hot-dip coating galvanis. Dalam lingkungan

ringan, cat anorganik seng dapat digunakan secara terpisah untuk

perlindungan korosi, tetapi harus dilapisi dengan baik agar memperpanjang

umur pakainya.

2.3.5 Zinc Spray Metallizing

Zinc penyemprotan, atau Metallizing, dilakukan dengan makan bubuk

seng atau kawat menjadi senjata dipanaskan, di mana ia mencair dan

disemprotkan ke bagian menggunakan gas pembakaran dan / atau tambahan

udara terkompresi untuk memberikan kecepatan yang diperlukan (Gambar 6).

Sebelum Metallizing, baja harus dibersihkan abrasively

Lapisan seng 100% dapat diterapkan di toko atau lapangan, namun

lebih sering dilakukan di toko mana panas untuk mencair lebih mudah

tersedia. Panas disuplai oleh pembakaran api gas oksigen-bahan bakar atau

dengan busur listrik. Proses telah dikembangkan untuk makan seng cair

langsung ke nosel semprot, tapi hanya untuk di aplikasi toko. Berikut aplikasi

seng, lapisan biasanya ditutup dengan viskositas rendah poliuretan, epoxy-

fenolik, epoksi, atau resin vinyl.

Lapisan seng metalisasi kasar dan sedikit berpori, dengan kepadatan

sekitar 80% yang batch hot-dip galvanizing. Sebagai lapisan metalisasi

terkena atmosfer, produk seng korosi cenderung untuk mengisi pori-pori

memberikan perlindungan katodik konsisten. Metallizing mencakup lasan,

jahitan, berakhir, dan paku keling dengan baik dan dapat diterapkan lebih dari

10 mils (254 m). Namun, lapisan seng murni mekanis-terikat dapat menjadi

tidak konsisten dan memerlukan operator yang terampil untuk aplikasi

terbaik. Coatings cenderung tipis di sudut-sudut dan tepi, dan tidak ada

lapisan diterapkan pada permukaan interior atau sulit relung akses dan gigi

berlubang.