Dasar2 Elektroplating - Presentation Transcript1. DASAR-DASAR PROSES ELEKTROPLATING Abrianto Akuan, Ir., MT. Teknik Metalurgi - UNJANI 2. PENDAHULUAN Telah Diketahui bahwa korosi terjadi akibat dari: o Adanya beda potensial diantara material sejenis atau dengan material yang berbeda. oAdanya lingkungan yang bertindak sebagai media elektrolitik. Dimana lingkungan semacam ini dalam keadaan basah atau lembab yang merupakan media yang agresif. Teknik Metalurgi-UNJANI 2 3. Perlu adanya cara untuk membuat lapisan pemisah antara logam dengan lingkungan. Lapisan itu sendiri dapat diklasifikasikan sebagai berikut: o Pelelehan (Celup Panas/Hot Dip) o Endap Vakum o Sherardizing o Rich Coating o Listrik (Electroplating) Teknik Metalurgi-UNJANI 3

4. Adapun tujuan dan fungsi dari lapisan tersebut adalah: oMemperbaiki tampak rupa (Decorative) Contoh: Lapis Emas, Perak, Kuningan, Perunggu. oMelindungi logam dari korosi Contoh: Lapis Zinc, Cadnium pada baja. oMeningkatkan ketahanan permukaan logam dasar Contoh: Hard Chromium oMemperbaiki kehalusan permukaan Contoh: Lapis Nickel, Chromium. Teknik MetalurgiUNJANI 4 5. Tujuan Pelapisan (Coating): Meningkatkan ketahanan thd korosi Meningkatkan ketahanan aus Meningkatkan tampak rupa Teknik MetalurgiUNJANI 5 6. Kelebihan Elektroplating: Temperatur proses, rendah Kondisi proses, pada lingkungan atmosfir biasa Peralatan, relatif murah Komposisi larutan, luas Laju pengendapan, cepat Porositas pada lapisan, relatif rendah Dapat menghasilkan beberapa lapisan Teknik Metalurgi-UNJANI 6 7. Kekurangan Elektroplating: Terbatas pada logam & paduannya Perlu perlakuan awal thd bendakerja Terbatas pada bendakerja yg bersifat konduktor Teknik Metalurgi-UNJANI 7 8. LAPIS LISTRIK (ELECTROPLATING) Merupakan proses pengendapan ion-ion logam pada elektroda (katoda) dengan cara electrolisa. Terjadinya endapan karena ion-ion bermuatan listrik berpindah dari electroda (katoda) melalui electrolit yang akan mengendap pada electroda (anoda). Reaksi yang terjadi pada proses ini adalah reaksi reduksi maupun oksidasi yang berlangsung secara terus menerus menuju arah tertentu secara tetap. Teknik Metalurgi-UNJANI 8 9. SKEMA PROSES PREPARASI MATERIAL PERSIAPAN PERMUKAAN ALKALINE CLEANER RINSE PICKLING RINSE AKTIVASI RINSE Teknik Metalurgi-UNJANI 9 10. SKEMA PROSES ELECTROPLATING BENDA KERJA PREPARASI MATERIAL PROSES ELECTROPLATING Cu HARD CROME ZINC ANODIZE RINSE RINSE NIKEL HARD-Cr COLOURING COLOURING RINSE RINSE Cr-decoratif SEALING RINSE FINISHING / QC PACKAGE Teknik Metalurgi-UNJANI 10 11. Prinsip dasar dari pelapisan listrik, berpedoman pada Hukum Faraday yang menyatakan: o Jumlah zat (unsur) yang terbentuk dan terbebas dari electroda selama proses electrolisa sebanding dengan jumlah arus listrik yang mengalir dalam larutan electrolit. o Jumlah zat (unsur) yang dihasilkan oleh arus listrik yang sama selama electrolisa adalah sebanding dengan berat ekivalen masingmasing zat tersebut. Teknik Metalurgi-UNJANI 11 12. Kualitas lapisan hasil elekroplating, dipengaruhi oleh: Rapat arus Temperatur Waktu Konsentrasi larutan elektrolit Teknik Metalurgi-UNJANI 12 13. Pengujian-pengujian Lapisan: Tampak rupa Ketebalan Ketahanan korosi Struktur mikro Daya lekat: Bend, Burnish, Chisel/Knife, Draw, File, Grind & saw, Heat/Quench, Impact, Peel, Push, Scribe. Kekerasan Teknik MetalurgiUNJANI 13 14. Teknik Metalurgi-UNJANI 14 15. Prediksi Ketebalan Lapisan: Pengendapan 1 gr berat ekuivalen, memerlukan 1 Faraday (96.500 Coulumb) H = T. 1000. F / C dimana, H = Waktu pelapisan (jam) T = Tebal lapisan (in) F = Faktor rapat arus C = Rapat arus (A/in^2) F

=Rapat arus (A/in^2) untuk mengendapkan lapisan setebal 1/1000 in (pada efisiensi katoda normal) Teknik Metalurgi-UNJANI 15 16. Logam Efisiensi Rapat arus u/ Faktor Rapat arus Pelapis katoda (%) mengendapkan (F) (A/in2) 0,0001 pd efisiensi 100 % Cu-Zn 50 1,95 0,027 0,035 Cd 96 9,73 0,070 0,18 Cr 14 51,8 2,57 2,5 Cu (As) 98 17,8 0,126 0,21 Cu (Cy) 70 8,89 0,088 0,21 Au (Cy) 95 6,2 0,045 0,04 Ir 65 12 0,128 0,14 Pb 98 6,9 0,049 0,1 Ni 95 19 0,139 0,25 Rh 80 22,9 0,199 0,1 Ag 99 6,3 0,043 0,18 Sn (Alkali) 70 7,8 0,077 0,14 Zn (Cy) 98 14,3 Teknik Metalurgi-UNJANI 0,101 0,21 16 17. ISTILAH DALAM PROSES LAPIS LISTRIK (ELECTROPLATING) ELECTRODA Terminal dalam electrolit dimana arus listrik mengalir. ANODE Electroda positif dimana terjadi reaksioksidasi. CATHODE Elektroda negatif diamana terjadi reaksi reduksi. ELECTROLIT zat yang molekulnya dapat larut dalam air dan terurai manjadi atom yang bermuatan positif dan negatif. Teknik Metalurgi-UNJANI 17 18. ION Zat yang terurai dimana atom dan molekulnya bermuatan positif (Kation) dan negatif (anion). PICKLING penghilangan karat pada benda kerja dengan menggunakan larutan asam. DEGREASING pembersihan permukaan benda kerja dari lemak, minyak menggunakan larutan alkalin. RINSING Pencucian permukaan benda kerja dari asam dan alkali menggunakan air bersih. Teknik Metalurgi-UNJANI 18 19. PRINSIP KERJA LAPIS LISTRIK (ELECTROPLATING) Pada prinsipnya lapis listrik merupakan rangkaian dari: Arus Listrik Anoda Larutan Electrolit Katoda (benda kerja) Teknik Metalurgi-UNJANI 19 20. Dari keempat rangkaian tersebut dihubungkan sebagai berikut: o Anoda dihubungkan pada kutub positif dari sumber listrik. o Katoda dihubungkan pada kutub negatif dari sumber listrik. o Anoda dan katoda direndamkan didalam larutan electrolit. Teknik Metalurgi-UNJANI 20 21. Skema proses pelapisan listrik Teknik Metalurgi-UNJANI 21 22. LARUTAN ELECTROLIT o Larutan electrolit merupakan media proses berlangsungnya lapis listrik. o Larutan electrolit terbuat dari larutan asam, basa dan garam-garam yang dapat membentuk muatan ion positif dan negatif. o Tiap jenis larutan dapat berbeda tergantung dari sifat electrolit yang diinginkan. Teknik Metalurgi-UNJANI 22 23. Larutan electrolit harus mempunyai sifat: o Covering Power o Throwing Power o Levelling yang baik Beberapa zat kimia sengaja ditambahkan ke dalam larutan yang bertujuan untuk: oTampak rupa (Appearance) oKegetasan Lapisan (Brittleness) oKeuletan (Ductility) oKekerasan (Hardness) oSatuan Kristal (Microstructur) Teknik Metalurgi-UNJANI 23 24. ANODA Dengan adanya arus listrik yang mengalir melalui larutan electrolit diantara kedua electroda, maka pada anoda akan terjadi pelepasan ion logam dan oksigen (reduksi). Selanjutnya ion dan oksigen tersebut mengendap pada electroda (katoda). Ada dua jenis anoda yaitu: o Anoda yang terlarut (Soluble Anode) o Anoda tidak terlarut (Unsoluble Anode) Teknik Metalurgi-UNJANI 24 25. o Pada pelapisan listrik (electroplating) yang umum dipakai perbandingan anoda dan katoda adalah 2 : 1. o Karena kontaminasi anoda adalah penyebab utama pengotor maka diusahakan menggunakan anoda yang semurni mungkin. o

Gunakan anoda sesuai dengan bentuk benda yang akan dilapis. o Jarak dan luas permukaan anoda diatur sedemikian rupa, sehingga menghasilkan lapisan yang seragam dan merata. Teknik Metalurgi-UNJANI 25 26. Tabel spesifikasi anoda terlarut No Anoda Kemurnian (%) Unsur Pengotor 1 Cadnium 99.95 Ag; Cu; Fe; Pb;Ti dan Zn 2 Copper 99.97 Ag; Cd 3 Lead Alloy 99.92 Ag; Cu; Cd dan Zn 4 Nickel 99.98 Ag; Cd; Cu; Fe; Pb dan Zn 5 Tin 99.92 Ag; Bi; Cd; Cu dan Fe 6 Silver 99.95 Fe; Si; S; Sn; Fe dan Zn 7 Zinc 99.98 Cu; Cd; Pb dan Sn Teknik Metalurgi-UNJANI 26 27. AIR Air merupakan salah satu unsur pokok dalam industri pelapisan yang selalu harus tersedia. Penggunaan air dalam industri pelapisan biasanya dibagi menjadi empat kelompok: 1. Untuk pembuatan larutan 2. Pengganti larutan yang menguap 3. Sebagai pembilas 4. Sebagai pendingin Teknik Metalurgi-UNJANI 27 28. Air Yang biasa digunakan adalah: o Air ledeng/kota digunakan untuk pembilasan, pencucian,pendingin. o Aquadest digunakan untuk pembuatan larutan,analisa larutan, penambah larutan. o Aquadest hasil penyulingan digunakan sebagai pengganti Aquadest bebas mineral. Teknik Metalurgi-UNJANI 28 29. PROSES DAN PERALATAN Proses persiapan pelapisan meliputi: o Pembersihan secara mekanik o Pembersihan dan pencucian dengan pelarut o Pencucian lemak (degreasing) o Pencucian dengan Asam (pickling) o Proses Lapis Listrik Teknik Metalurgi-UNJANI 29 30. Dalam lapis listrik yang perlu diperhatikan adalah: o Rapat Arus (Current Density) o Tegangan Arus (Voltage) o Temperatur Larutan o pH Larutan o Proses Pengerjaan Akhir Teknik Metalurgi-UNJANI 30 31. Peralatan untuk lapis listrik meliputi: 1. Rectifier Sebagai sumber arus searah (DC) dan penurun tegangan. 2. Bak Pelapisan Sebagai penampung larutan electrolit, larutan pencuci dan air pembilas. 3. Rak Sebagai tempat untuk menggantung benda kerja dan penghantar arus listrik pada benda kerja. Teknik Metalurgi-UNJANI 31 32. 4. Barrel Tempat untuk menampung benda kerja yang akan dilapis dan sebagai agitasi larutan. 5. Pemanas (heater) Sebagai pemanas larutan electrolit untuk mendapatkan lapisan yang diinginkan. Teknik Metalurgi-UNJANI 32 33. Bak pelapisan listrik Teknik Metalurgi-UNJANI 33

Cairan Kimia ElektroplatingUntuk electroplating krom harus menggunakan bahan kimia dengan campuran yang tepat agar kita dapat menghasilkan pelapisah yang sempurna. Bahan dasarnya sebenarnya sederhana saja, kita bisa membeli di toko kimia dengan nama asam kromat. Bahan ini berwarna kuning kemerahan, berbentuk kristal, mudah larut dalam air dan boleh dibilang kelarutannya sangat tinggi. Bahan ini harganya di toko sangat bervarisi tergantung kita membelinya dimana dan berapa jumlah yang kita beli. Di toko kimia biasa per kg bisa mencapai Rp. 75000,- tapi untuk pembelian skala besar harganya hanya Rp. 30.000,- an per kgnya. Hasil dari pelapisan dengan krom bermacam-macam tergantung dari proses yang kita gunakan, jenis prosesnya ada yang untuk hard kromium seperti pada ujung obeng, pada gagang peralatan dll. Ada yang ditujukan untuk dekorasi, berwarna kekuningan, berwarna hitam, mengkilat seperti pada pelek sepeda, motor atau mobil. Pencampuran bahan untuk proses electroplating ini biasanya dengan perbandingan berat antara katalis dengan kromnya adalah 1:100 sampai 1:70. Katalis yang digunakan juga cukup murah yaitu asam sulfat (H2SO4). Hati hati dengan uap krom yang dapat membuat saluran pernafasan kita keracunan, terutama berasal dari proses electroplating itu sendiri. Untuk proses lengkapnya bisa dilihat di Electroplating Process.

3 komentar:

4. Batas Kelelahan Logam Konsep E-N (AA) Presentation Transcript1. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 1 2. Sesi Metode Pokok Bahasan Hasil Pembelajaran Penilaian Hasil Pembelajaran Ke- Penilaian Mahasiswa mampu menjelaskan Karakteristik Mahasiswa mengetahui dan memahami 01 karakteristik dari patah lelah yang kelelahan logam kegagalan patah lelah pada komponen logam. terjadi pada komponen logam. Aspek metalurgi Mahasiswa mengetahui dan memahami aspek Mahasiswa mampu menjelaskan aspek 02 pada kelelahan metalurgi yang mempengaruhi

3.

4.

5.

6.

perilaku metalurgi yang mempengaruhi logam kelelahan pada logam. perilaku kelelahan logam. Mahasiswa mampu menjelaskan batas Mahasiswa mengetahui dan memahami batas 03 batas lelah logam kelelahan logam serta cara kelelahan logam serta cara menentukannya. menentukannya. Mahasiswa mampu menghitung Mahasiswa mengetahui dan memahami tegangan yang bekerja pada komponen hubungan antara tegangan (S) yang bekerja 04 Konsep S-N logam serta mampu memprediksi pada komponen logam dengan umur (N) umur komponen tersebut berdasarkan Tugas komponen tersebut. Konsep S-N. UTS Mahasiswa mampu menghitung UAS Mahasiswa mengetahui dan memahami tegangan dan regangan yang bekerja ) yang bekerja hubungan antara regangan ( 05 -N Konsep pada komponen logam serta mampu pada komponen logam dengan umur (N) memprediksi umur komponen tersebut komponen tersebut. -N. berdasarkan konsep Mahasiswa mampu menjelaskan dan Pengaruh takikan Mahasiswa mengetahui dan memahami menghitung pengaruh takikan ataupun 06 pada perilaku pengaruh takikan ataupun geometri geometri komponen terhadap umur kelelahan logam komponen terhadap kegagalan lelah. lelahnya. Mahasiswa mampu menjelaskan dan Penjalaran retak Mahasiswa mengetahui dan memahami konsep penjalaran retak lelah serta 07 lelah konsep penjalaran retak lelah. mampu memprediksi umur lelah berdasarkan konsep tersebut. 2 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI Metoda -N didasarkan pada observasi terhadap banyak komponen yang merupakan respon material pada lokasi-lokasi kritis (takikan). Metoda -N ini memprediksi umur lelah tahap I (pembentukkan awal retak) saja, hal ini berbeda dengan metoda S-N yang memprediksi umur lelah tahap I dan II (penjalaran retak). Pada kondisi pembebanan rendah (HCF/LCS/ECS) akan menghasilkan Load Controlled Test (S-N) dan Strain Controlled Test (-N) yang equivalen. Metoda -N ini merupakan suatu metoda yang sangat berguna untuk mengevaluasi umur lelah dari komponen yang memiliki takikan. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 3 4.1 Perilaku Material 4.1.1 Perilaku Tegangan-Regangan Monotonik Suatu pengujian tarik monotonik pada spesimen uji, pada umumnya adalah untuk menentukan perilaku tegangan-regangan teknis dari suatu material (Gambar 4.1). Gambar 4.1 (a) Spesimen uji tarik sebelum dan pada saat terdeformasi. (b) perbandingan tegangan-regangan teknis dan sebenarnya. (a) (b) 4 Keterangan Gambar 4.1 diatas adalah: P=beban lo=panjang awal do=diameter awal Ao=luas penampang awal l=panjang sebenarnya d=diameter sebenarnya A=luas penampang sebenarnya Persamaan tegangan-regangan: Tegangan teknis, S = P/Ao (4.1) Regangan teknis, e = l/lo = (l-lo)/lo (4.2) Tegangan sebenarnya, = P/A (4.3) Regangan sebenarnya, = l dl/l = ln l/lo (4.4) lo abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 5 Hubungan tegangan-regangan teknis dan sebenarnya: l= l-lo l=lo - l maka, =ln [(lo+l)/lo] = ln (1+l/lo) = ln (1+e) (4.5) Hubungan tersebut berlaku sampai titik maksimum (necking) dimana pada daerah tersebut deformasi yang terjadi secara homogen sehingga berlaku pula hubungan volume konstan. Maka hubungan tegangan teknis dan sebenarnya pada daerah ini adalah: Ao lo = Al Ao /A = l/lo

= ln l/lo = ln Ao/A = ln (1+e) S = F/Ao = F/Ao = S Ao /A = S (1+e) (4.6) 6 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 7. Regangan total yang terjadi pada saat deformasi adalah jumlah dari regangan elastis dan regangan plastis. t = e + p (4.7) secara skematis, regangan total ini ditunjukkan pada Gambar 4.1 dibawah ini. Gambar 4.2 Regangan elastis dan plastis. 7 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 8. Hubungan tegangan-regangan pada daerah elastis, dinyatakan oleh persamaan Hooke: e = /E (4.8) dimana, E=Modulus elastisitas. Sedangkan hubungan tegangan-regangan plastis, mengikuti persamaan tegangan alir sebagai berikut: = K pn p = (/K)1/n (4.9) dimana, K=keofisien kekuatan n=exponen pengerasan regangan: Su/Sy = (n/offset)n exp (-n) abrianto_akuan@T.MetalurgiUNJANI 8 9. Dari hubungan tegangan-regangan pada titik patah (fracture): f = Ff/Af f = ln Ao/Af = ln 1/(1-q) f = K fn maka, K = f/fn (4.10) sehingga: p = [/ (f/fn )]1/n= [( fn)/ f]1/n = f (/f)1/n (4.11) dari Persamaan 4.7 dan 4.8 maka: t = /E + (/K)1/n (4.12) abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 9 10. 4.1.2 Perilaku Tegangan-Regangan Siklik Kurva tegangan-regangan monotonik telah lama dipergunakan dalam menentukan parameter desain untuk membatasi tegangan-tegangan yang terjadi pada struktur teknik dan komponen yang mengalami pembebanan statis. Demikian halnya dengan kurva tegangan-regangan siklik, adalah dipergunakan untuk memperkirakan ketahanan struktur dan komponen yang mengalami pembebanan siklik atau dinamis (beban berubah-ubah atau berulang-ulang). Gambar 4.3 menunjukkan kurva histerisis loop sebagai respon material terhadap pembebanan siklik. abrianto_akuan@T.MetalurgiUNJANI 10 11. Gambar 4.3 Diagram histerisis (hysteresis loop). 11 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 12. Tegangan-regangan amplitudo: a = /2 (4.13) a = /2 (4.14) Regangan total: = e + p (4.15) Regangan amplitudo total: /2 = e/2 + p/2 (4.16) Dengan substitusi dari hukum Hooke, maka: /2 = /2 + p/2 (4.17) 12 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 13. 4.1.2 Perilaku Transient: Regangan Siklik Hardening dan Regangan Siklik Softening Respon tegangan regangan dari logam, seringkali berubah secara drastis pada pembebanan siklik. Perubahan ini tergantung pada kondisi logamnya (hardening dan tempering atau annealing) yang meliputi: Cyclically harden Cyclically soften Stabil Campuran antara soften dan harden Pada Gambar 4.4 ditunjukkan respon tegangan dari suatu material yang mengalami pembebanan regangan (b) dan respon regangan-regangan untuk dua siklus (c). Pada gambar tersebut terlihat peningkatan tegangan pada setiap siklus regangan, sebaliknya penurunan tegangan dari siklik sotening diperlihatkan pada13 Gambar 4.5. 14. Gambar 4.4 Siklik hardening: (a) Gambar 4.4 Siklik softening: (a) Amplitudo regangan konstan. (b) Amplitudo regangan konstan. (b) Respon tegangan. (c) Respon Respon tegangan. (c) Respon tegangan-regangan siklik. teganganregangan siklik. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 14 15. Respon tegangan-regangan siklik untuk terjadinya siklik hardening atau softening adalah tergantung pada kestabilan substruktur dislokasinya, secara umum: Pada

material lunak, awalnya kerapatan dislokasinya rendah, dengan adanya cyclic plastic straining maka kerapatan dislokasinya akan meningkat sehingga menjadi bertambah keras atau kuat (siklik hardening). Pada material keras, adanya cyclic plastic straining akan menyebabkan terjadinya pengturan dislokasi sehingga menurunkan ketahanan terhadap deformasi (siklik softening). abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 15 16. Manson memprediksi fenomena siklik hardening atau softening dari suatu material berdasarkan sifat-sifat monotoniknya (Gambar 4.6), yaitu: uts / ys > 1,4 maka material akan mengalami siklik hardening. uts / ys < 1,2 maka material akan mengalami siklik softening. Perilaku siklik ini dapat pula diprediksi bedasarkan nilai eksponen pengerasan regangan monotonik, yaitu: n > 0,2 maka material akan mengalami siklik hardening. n < 0,1 maka material akan mengalami siklik softening. Pada umumnya perilaku siklik hardening atau softening terjadi hanya pada awal kelelahan (2040% umur lelah) dan selanjutnya adalah stabil (50% umur lelah). abrianto_akuan@T.MetalurgiUNJANI 16 17. Gambar 4.6 Kurva tegangan-regangan siklik dan monotonik. 17 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 18. 4.2 Hubungan Tegangan-Regangan siklik Seperti halnya dalam kondisi monotonik, maka hubungan tegangan-regangan pada kondisi siklik dapt dinyatakan sebagai berikut: = K pn (4.18) dimana, =tegangan amplitudo K=konstanta tegangan siklik p=regangan plastis siklik n=koefisien pengerasan regangan siklik, ditentukan dari plot log-log tegangan-regangan siklik, secara umum untuk logam besarnya adalah: 0,10,25 rata- rata: 0,15 sehingga: p = (/K)1/n (4.19) maka sesuai dengan Persamaan (4.7) dan (4.12): = /E + (/K)1/n (4.20) abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 18 19. Gambar 4.7 Plot log-log tegangan-regangan siklik. dan regangan amplitudonya sesuai dengan Persamaan (4.16) yaitu: /2 = /2E + (/2K)1/n (4.21) Atau total regangannya adalah: = /E + 2(/2K)1/n (4.22) 19 20. Contoh Soal 4.1: Material dengan sifat-sifat mekanik sebagai berikut: E=30. 103 ksi n=0,202 K=174,6 ksi Material tersebut dikenai regangan berulang (fully reversed) dengan range regangan, =0,04. Tentukan respon tegangan-regangan dari material tersebut. Jawab: Gambar dibawah ini menunjukkan sejarah regangannya, pada pembebanan awal (titik. 1): 1 = 1/E + (1/K)1/n 0,02= 1/30.103 + (1/174,6)1/0,202 1=77,1 ksi abrianto_akuan@T.MetalurgiUNJANI 20 21. Regangan amplitudo: = /E + 2(/2K)1/n 0,04= /30.103 + 2(/(2. 174,6))1/0,202 =154,2 ksi Tegangan pada titik. 2: 2 = 1 - = 0,02 0,04 = -0,02 2 = 1 - = 77,1 154,2 = -77,1 ksi abrianto_akuan@T.MetalurgiUNJANI 21 22. 4.3 Kurva -N (Regangan-Siklus) Tahun 1910, Basquin meneliti bahwa data S-N (regangan elastik) dapat di plot secara linier dalam skala log-log: /2 = f (2Nf)b (4.23) dimana, /2 =amplitudo tegangan f =konstanta kekuatan (tegangan) lelah 2Nf =jumlah siklus kegagalan (1 putaran=1/2 siklus) b =eksponen kekuatan (tegangan) lelah atau eksponen Basquin=-0,05-0,12 ; ratarata=-0,085 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 22

23. Pada tahun 1950-an, Coffin dan Manson (sendiri- sendiri) menemukan data p-N juga linier dalam koordinat log-log: p/2 = f (2Nf)c (4.24) dimana, p/2 =amplitudo regangan plastis f =konstanta keuletan (regangan) lelah (untuk logam ulet1 dan untuk logam keras0,5) c =eksponen keuletan (regangan) lelah= -0,5 (Coffin, untuk logam keras) -0,7(Manson, untuk logam ulet), ratarata= -0,6 (Manson) abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 23 24. Sehingga amplitudo regangannya sesuai dengan Persamaan (4.16) dan (4.17) adalah: /2 = f/E (2Nf)b + f (2Nf)c (4.25) Persamaan (4.25) diatas jika di plot dalam sebuah diagram menghasilkan kurva seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.8 (a) berikut ini. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 24 25. (a) (b) Gambar 4.8 Kurva -N. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 25 26. Umur transisi (Gambar 4.8 (b)) yang merupakan umur regangan elastis sama dengan umur regangan plastis dapat ditentukan sebagai berikut: e/2 = p/2 f/E (2Nf)b = f (2Nf)c dimana 2Nf=2Nt 2Nt = (f E / f )1/b-c (4.26) Berdasarkan Gambar 4.8 (b), dapat ditunjukkan bahwa jika kekuatan atau kekerasan material meningkat maka umur transisi akan menurun. Hal ini diperlihatkan pula pada Gambar 4.9 berikut ini. abrianto_akuan@T.MetalurgiUNJANI 26 27. Gambar 4.9 Kurva -N untuk baja karbon medium kondisi quenching dan normalizing abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 27 28. Pada baja karbon medium yang dinormalising (relatif ulet): 2Nt=90.000 siklus dan jika dalam kondisi dikeraskan (queching) akan memiliki 2Nt=15 siklus. Dengan demikian untuk regangan tertentu pada kondisi quenching akan memberikan umur lelah yang lebih lama pada daerah pembebanan regangan elastis atau siklus lelah tinggi. Sebaliknya pada kondisi normalising akan memberikan umur lelah yang lebih lama pada pembebanan regangan plastis atau siklus lelah rendah (lihat Gambar 3.1). abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 28 29. Contoh Soal 4.2: Berikut ini diberikan data sifat mekanik monotonik dan siklik dari suatu spesimen baja yang dipoles, yaitu: Data monotonik. Sy = 158 ksi Su = 168 ksi E = 28,4 X 103 ksi f = 228 ksi q = 52 % f = 0,734 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 29 30. Data siklik: abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 30 31. Tentukanlah konstanta tegangan-regangan dan regangan-siklus (K, n, f , b, f , c) untuk baja tersebut. Jawab: Menentukan f dan b dengan menggunakan hubungan antara tegangan amplitudo dengan siklus kegagalan (dari data siklik): /2 = f (2Nf)b Menentukan f dan c dengan menggunakan hubungan antara amplitudo regangan plastis dengan siklus kegagalan (dari data siklik): p /2 = f (2Nf)c abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 31 32. Kurva regangan-siklus berdasarkan data siklik: maka sifat-sifat sikliknya adalah: f = 222 ksi (berdasarkan pendekatan = 228 ksi) b = -0,076 (berdasarkan pendekatan = -0,085) f = 0,811 (berdasarkan pendekatan = 0,734) c = -0,732 (berdasarkan pendekatan = -0,6) 32 33. Menentukan K dan n dengan menggunakan hubungan antara tegangan amplitudo dengan amplitudo regangan plastis: = K (p)n maka menghasilkan sifat-sifat siklik: K = 216 ksi n = 0,094 atau dapat ditentukan pula melalui

persamaan: K = f / (f)n = 227 ksi dan n = b/c = 0,104 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 33 34. Contoh Soal 4.3: Suatu batang komponen baja dengan kekuatan tarik, Su = 114 Ksi memiliki lebar 1 inch dan tebal inch dan pada kedua sisinya terdapat takikan lingkaran dengan radius 1/10 inch. Tentukan umur lelah komponen tersebut jika dikenai beban berulang (R=-1) dengan amplitudo beban 10 Kips. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 34 35. Jawab. Penampang sisa, Anet = . 0,8 = 0,2 in2 Maka: Snet = P/Anet = 10 Kips / 0,2 in2 = 50 Ksi Berdasarkan persamaan -N: /2 = f (2Nf)b + f (2Nf)c b=0,085 (diambil nilai rata-ratanya) c =-0,6 (diambil nilai rata-ratanya) f f Su+50 (ksi) = 114+50=164 ksi f f =ln 1/(1-q)=1(diambil untuk logam ulet) abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 35 36. = /E + 2(/2K)1/n =max- min=50-(-50)=100 ksi n n atau n=b/c=-0,085/-0,6=0.142 K= f/fn=154 ksi maka: = 100/30.103 + 2(100/ (2. 154))1/0,142 = 0,0042 sehingga: /2 = f/E (2Nf)b + f (2Nf)c 0,0021= (164/30.103) (2Nf)-0,085 + 1 (2Nf)-0,6 maka: 2Nf = 70.000 siklus (dihitung dengan teknik iterasi) Umur tersebut merupakan umur fatik tahap satu yaitu pada tahap pembentukan awal retak. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 36 37. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 37 38. 4.1 Suatu logam memiliki sifat mekanik monotonik sebagai berikut: E=193 Gpa Su=650 Mpa Sy=325 Mpa Pada kondisi pembebanan siklik, apakah material akan bertambah keras atau bertambah lunak? Hitung regangan yang dicapai pada siklus pertama untuk tegangan amplitudo 200 Mpa. Tentukan regangan total (stabil) dan amplitudo regangan untuk tegangan amplitudo 200 Mpa. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 38 39. 4.2 Berikut ini disampaikan kurva beban- pertambahan panjang dari material kuningan dengan nilai modulus elastisitas, E = 100 Gpa dan data lainnya sebagai berikut: Panjang awal, lo = 167 mm Diameter awal, do = 3,17 mm Diameter akhir (pada daerah necking), df = 2,55 mm Tentukanlah: kekuatan luluh (0,2 % offset), Sy. Kekuatan tarik, Su. Prosentase reduksi penampang, % RA. Regangan patah sebenarnya, f. Kekuatan patah sebenarnya, f. Konstanta tegangan, K. Eksponen pengerasan regangan,n. Tegangan sebenarnya pada beban maksimum. Regangan sebenarnya pada beban maksimum. 39 40. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 40 41. 4.3 Berikut ini disampaikan data sifat mekanik monotonik beberapa logam-logam teknik. 41 42. Manakah diantara logam-logam tersebut yang akan mengalami siklik hardening, softening atau stabil? Tunjukkan pula dari logam-logam tersebut yang menjadi pilihan terbaik untuk menentukan: Beban tarik maksimum (batang halus). Perpanjangan seragam maksimum sebelum necking pada saat pembebanan tarik. Energi maksimum yang diperlukan dari batang halus untuk terjadinya regangan sebesar 0,001. Energi maksimum yang diperlukan untuk terjadinya patah. Regangan elastis minimum pada saat terjadinya necking. Regangan totalmaksimum pada saat necking. 42 43. 4.4 Berikut ini disampaikan data parameter tegangan-regangan siklik dan regangan-siklus dari suatu baja. f = 133 ksi b = -0,095 f = 0,26 c = -0,47 n =

0,202 K = 174,6 ksi E = 30.103 ksi Tentukanlah umur fatik dari baja tersebut dengan kondisi regangan seperti ditunjukkan pada Gambar dibawah ini. Kondisi regangan A: amplitudo konstan. B dan C: memiliki overload awal sebagai tegangan sisa. 43 44. Pergunakanlah persamaan regangan-siklus dari Morrow yang memperhitungkan tegangan rata-rata, o yaitu sebagai berikut: /2 = ((f o) / E) (2Nf)b + f (2Nf)c Dalam perhitungan umur fatik ini pergunakanlah juga persamaan MansonHalford: /2 = ((f o) / E) (2Nf)b + f ((f o) / f)c/b (2Nf)c Bandingkan pula hasilnya jika mempergunakan persamaan Smith-WatsonTopper: max (/2) = ((f)2 / E) (2Nf)2b + f f (2Nf)b+c 44 45. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 45

Pelapisan Cu - Presentation Transcript1. PROSES ELEKTROPLATING TEMBAGA Abrianto Akuan, Ir., MT. Teknik Metalurgi - UNJANI Teknik Metalurgi-UNJANI 1 2. Manfaat Lapisan Cu: Sebagai lapisan antara. Sebagai stop-offs dalam proses perlakuan panas. Sebagai cetakan dalam proses electroforming. Sebagai pelindung terhadap pengaruh electromagnetic. Sebagai lapisan penghantar listrik (sirkuit elektronik). Sebagai lapisan tahan korosi. Sebagai pencegah thermal shock. Sebagai lapisan dekoratif. Teknik Metalurgi-UNJANI 2 3. Jenis elektrolit pelapisan tembaga : Larutan Sianida Larutan non Sianida Larutan Alkalin Pyrophosphat Larutan Sulfat Larutan Fluoborat Teknik Metalurgi-UNJANI 3 4. Komposisi & kondisi operasi proses elektroplating Cu dalam larutan Sianida Teknik Metalurgi-UNJANI 4 5. Larutan Sianida Rochelle umumnya digunakan untuk menghasilkan m). lapisan Cu-strike (ketebalan: 1.0 to 3.0 Larutan Sianida Rochelle konsentasi tinggi digunakan untuk m. menghasilkan ketebalan diatas 8 Jenis larutan Sianida Rochelle dapat digunakan untuk jenis proses barrel plating. Proses Cu-plating dengan larutan jenis efisiensi tinggi, benda kerja harus m dilakukan pelapisan Cu-strike terlebih dahulu dengan ketebalan sekitar 1.3 dengan jenis larutan Sianida. Pada Cu-plating dengan menggunakan larutan jenis efisiensi tinggi akan menghasilkan kecepatan proses pelapisan Cu yang 3-5 kali lebih tinggi dibandingkan jenis Sianida Rochelle. Teknik Metalurgi-UNJANI 5 6. Pada jenis larutan Sianida, rendahnya konsentrasi sianida dapat menyebabkan hasil lapisan menjadi kasar dan tipis tetapi peningkatan konsentrasi sianida akan

berpengaruh pula terhadap: laju korosi anoda yang semakin tinggi dan menurunkan efisiensi katoda. Untuk benda kerja baja penambahan NaOH atau KOH akan meningkatkan konduktivitas larutan dan mencegah korosi pada wadah (baja) anoda, konstruksi dan bak larutan. Untuk benda kerja seng hasil die castings, konsentrasi hidroksida harus dipertahankan antara1.3 to 3.8 g/L Untuk benda kerja paduan aluminium, pH larutan harus diturunkan sekitar 9.7- 10 dengan penambahan sodium bicarbonate dan selalu ditambahkan tartaric acid atau sodium bicarbonate pada larutan untuk mempertahankan pH antara10-10.5 Jenis larutan Sianida dapat dioperasikan pada temperatur kamar tatapi umumnya antara 32 and 49 C untuk meningkatkan laju pelapisan dan meningkatkan pelarutan anoda Jenis larutan Sianida umumnya dioperasikan pada rapat arus katoda dari 11.5 A/dm2 dan voltase bak normalnya antara 4 dan 6 V Pengadukan larutan akan menghasilkan komposisi elektrolit yang seragam, korosi apada anoda yang lebih seragam dan meningkatkan rapat arus sehingga lapisan Cu yang terbentuk akan lebih mengkilap Rapat arus yang lebih dari 5 A/dm2 dapat diterapkan dengan jenis pengadukan udara dan agitasi pada benda kerja Penambahan additive dapat dilakukan untuk meningkatkan efisiensi larutan (menurunkan efek pengotor dalam larutan) dengan penambahan complexing agents (tartrate salts). reducing agents (hexavalent chromium) dan wetting agents (surfactants) Teknik MetalurgiUNJANI 6 7. Pada jenis larutan Sianida Rochelle, potassium salts dapat diganti dengan sodium salts pada konsentrasi logam Cu tinggi sampai 38 g/L, hal ini dapat meningkatkan pemakaian rapat arus yang tinggi sampai 6 A/dm2. Jenis larutan Sianida Rochelle umumnya dioperasikan pada temperatur antara 54 and 71 C yang dapat menghasilkan efisiensi terbaik yang dpat menghasilkan laju pelpisan yang lebih tinggi Pada larutan Sianida jenis efisiensi tinggi, dapat dioperasikan pada temperatur yang lebih tinggi sampai diatas 77 C (170 F). Untuk proses Cuplating material paduan seng die castings, elektrolitnya paling baik dioperasikan pada temperatur 60-71 C dan pH antara 11.6 dan 12.3. Peningkatan temperatur pada larutan Sianida Rochelle, akan meningkatkan efisiensi anoda dan katoda Peningkatan pengadukan larutan,akan meningkatkan efisiensi anoda tetapi akan meningkatkan pembentukan karbonat (karena oksidasi sianida dan juga penyerapan CO2 bereaksi dengan larutan alkali dalam larutan). Karbonat dapat diambil dengan cara pendinginan larutan. Tingginya konsentrasi karbonat akan menurunkan efisiensi anoda serta menghasilkan lapisan yang kasar dan berpori. pH Larutan Sianida Rochelle sebaiknya dipertahankan antara 12.2 dan 13.0. Teknik Metalurgi-UNJANI 7 8. Kurva pengaturan pH larutan elektrolit Rochelle Teknik Metalurgi-UNJANI 8 9. Konduktivitas larutan Sianida Rochelle dapat ditingkatkan dengan penambahan sodium hidroksida 2-15 g/L ( to 2 oz/gal). Sodium hidroksida sebiknya diturunkan jika larutan tersebut dioperasikan untuk proses pelapisan: zinc-base die castings, aluminum, atau magnesium (larutan dapat terkontaminasi oleh seng dan dapat diambil secara elektrolisis larutan pada temperatur kamar dengan rapat arus 0.20.3 A/dm2 yang menghasilkan lapisan warna kuningan. Kontaminasi dari besi, tidak dapat diambil dari larutan dan menyebabkan penurunan efisiensi arus. Untuk mencegahnya perlu ditambahkan wetting agents. Perlu pengontrolan

larutan dan penyaringan larutan secara periodik dengan pemberian karbon aktif. Teknik Metalurgi-UNJANI 9 10. Kurva hubungan antara waktu proses elektroplating Cu dengan efisiensi siklus pelapisan Teknik Metalurgi-UNJANI 10 11. Kurva hubungan antara efisiensi siklus pelapisan dengan ketebalan lapisan hasil elektroplating Cu Teknik Metalurgi-UNJANI 11 12. Batasan konsentrasi & kondisi operasi pada elektroplating Cu dalam larutan alkaline non cyanide Teknik Metalurgi-UNJANI 12 13. Jenis larutan non sianida dioperasikan dengan konsentrasi logam Cu yang relatif lebih rendah yaitu antara 7.5-13.5 g/L. Kelebihan jenis larutan ini adalah tidak menghasilkan gas sianid (beracun), pengolahan limbah lebih murah, dan hasil lapisan lebih stabil (karena tidak ada dekomposisi sianid yang menghasilkan karbonat). Pada operasi dengan rapat arus antara 0.5-3.5 A/dm2, efisiensi katoda mendekati 100%. Kurangnya pengadukan larutan dapat menghasilkan lapisan yang buram dan terbakar pada arus antara1.5 to 2.0 A/dm2 pH larutan jenis non sianida adalah antara 9-10, sehingga dapat digunakan untuk Cu-plating strike ataupun akhir Tidak ada pengaturan awalterhadap pelapisan benda kerja sengc diecast dan zincated aluminum Pada operasi dengan pH dibawah 9, akan menghasilkan lapisan yang lebih mengkilap tetapi daya lekatnya relatif lebih rendah, dan pada pH diatas 10 dapat menyebabkan lapisan buram Kontaminan pada jenis larutan non sianida lebih rendah. Perlakuan terhadap kotoran pada larutan dilakukan dengan menggunakan hidrogen peroksida dan karbon aktif Teknik Metalurgi-UNJANI 13 14. Batasan konsentrasi & kondisi operasi pada eletroplating Cu dalam larutan copper pyrophosphate Teknik Metalurgi-UNJANI 14 15. Jenis larutan alkalin pyrophosphate digunakan untuk aplikasi dlapisan dekoratif termasuk pelapisan pada plastik papan sirkuit elektronik, dan pada lapisan stopoff. Efisiensi katoda hampir 100%. Karakteristik larutan jenis ini adalah diantara larutan sianid dan jenis asam (lebih mendekati larutan sianid jenis efisiensi tinggi). Larutan ini dapat dioperasikan pada pH netral. Lapisan yang dihasilkan semi mengkilat. Pada jenis larutan pyrophosphate, rapat arus anoda dipertahankan antara 2-4 A/dm2. Teknik Metalurgi-UNJANI 15 16. Larutan jenis asam sulfat menghasilkan efisiensi katoda antara 95- 100%. Larutan jenis ini mudah dioperasikan dan dikontrol. Menghasilkan lapisan yang halus, mengkilat rata dan lebih ulet. Jika pengadukan larutan atau agitasi benda kerja rendah, maka rapat arus tidak boleh lebih dari 4.5 A/dm2 Pengontrolan dan penyaringan larutan terhadap kontaminan dilakukan dengan menggunakan karbon aktif. Teknik Metalurgi-UNJANI 16 17. Spesifikasi dan standar untuk elektroplating Cu Teknik Metalurgi-UNJANI 17 18. Perkiraan waktu elektroplating Cu (valensi 1) untuk menghasilkan ketebalan tertentu pada efisiensi 100% Teknik Metalurgi-UNJANI 18 19. Jenis larutan Sianida mengandung Cu valensi-1. Untuk larutan yang mengandung Cu valensi-2 (non Sianida, Sulfat, pyrophosphate, dan fluoborate), maa waktu proses elektroplatingnya manjadi 2 kalinya dari watu pada tabel tersebut. Perlu penambahan waktu hasil koreksi sebagai akibat adanya kehilangan dari efisiensi katoda yaitu sebesar nilai perbedaan antara efisiensi

aktual dengan efisiensi 100%. Contoh untuk efisiensi katoda sebesar 70%, maka ditambahkan 30%nya dari perkiraan waktu yang terdapat pada tabel tersebut. Teknik Metalurgi-UNJANI 19 20. Karakteristik Lapisan Cu: Daya lekat. Porositas. Kekerasan. Kerataan. Teknik Metalurgi-UNJANI 20 21. Faktor lain yang mempengaruhi kualitas lapisan Cu: Pengotor. Menyebabkan kasarnya lapisan Cu yang dihasilkan, antara lain dari: benda kerja selesai proses cleaner sehingga membentuk silikat pada larutan anoda yang terkorosi pengotor sulfida dari bendakerja yang larut material organik yang terbawa dan tidak larut dalam air karbonat yang terbawa dan tidak larut dalam air oli partikel halus ataupun debu Kemurnian air yang digunakan. - Besi yang terlarut dalam air dapat menyebabkan lapisan menjadi kasar pada diatas 3.5 (besi tidak dapat mengendap). - Klorida diatas 0.44 g/L (0.05 oz/gal) dapat menyebabkan pembentukan lapisan yang tidak rata (globular). - Calcium, magnesium, dan besi yang mengendap pada larutan dan material organik dapat menyebabkan pitting pada lapisan. Teknik Metalurgi-UNJANI 21 22. Jenis pengadukan pada elektroplating Cu Teknik Metalurgi-UNJANI 22 23. Jenis material untuk pemanas dan filter pada elektroplating Cu Teknik MetalurgiUNJANI 23 24. Jenis material bak & anoda untuk elektroplating Cu Teknik Metalurgi-UNJANI 24 25. Grafik ketebalan dan berat lapisan tembaga terhadap luas yang dilapis Teknik Metalurgi-UNJANI 25 26. Komposisi standar larutan elektroless Cu (a) Contoh additive: diethyldithiocarbamate, potassium ferrocyanide, vanadium pentoxide, nickel chloride, polyethylene glycol Teknik Metalurgi-UNJANI 26 27. Komposisi elektroless Cu: Larutan Electroless Tembaga Padatan CuSO4 sebanyak 7 gr atau Cu(NO3)2 .3H2O sebanyak 15 gr dilarutkan dalam 500 ml aqua d.m kemudian ditambahkan 30 gr KNaC4H4O6.4H2O (Rochelle Salt), kemudian ditambahkan 100 ml Formaldehida 37 % kemudian larutan diencerkan dengan aqua d.m sampai 900 ml. Untuk mengatur PH = 11,5 ditambahkan NaOH. Setelah PH tercapai ditambahkan aqua d.m sampai menjadi 1 liter. Benda kerja dicelup dan diagitasi pada temperatur kamar sampai muncul endapan tembaga berwarna kemerahan. Larutan Electroplating Tembaga Padatan CuSO4 sebanyak 110 gr dilarutkan dalam 500 ml aqua d.m kemudian ditambahkan 25 ml H2SO4 (96 %) sedikit demi sedikit lalu tambahkan pula Cu-60 sebanyak 25 ml dan brightener (Yubeck) dalam larutan sebanyak 1 ml. Teknik Metalurgi-UNJANI 27 28. Kontrol Limbah Plating Dapat dilakukan secara: Counterflow, menurunkan konsumsi air dan limbah (limbah dipertahankan dalam operasi plating) Drip pans, menurunkan elektrolit yang terbuang (limbah). Closed-loop systems, menurunkan limbah dan mengurangi penggunaan kimia. Sistem ini juga mengolah limbah secara penguapan, penguraian atau pengubahan ion-ion. Terutama limbah hasil Cu-plating: pengotor harus dipisahkan dari bak larutan karena pengotor tersebut dapat terjebak dalam limbah selama proses pengolahannya. Teknik Metalurgi-UNJANI 28

2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA) Presentation Transcript1. II. ASPEK METALURGIS PADA KELELAHAN LOGAM Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 1 2. Sesi Metode Pokok Bahasan Hasil Pembelajaran Penilaian Hasil Pembelajaran Ke- Penilaian Mahasiswa mengetahui dan memahami Mahasiswa mampu menjelaskan Karakteristik kegagalan patah lelah pada komponen logam. karakteristik dari patah lelah yang 01 kelelahan logam terjadi pada komponen logam. Aspek metalurgi Mahasiswa mengetahui dan memahami aspek Mahasiswa mampu menjelaskan aspek 02 pada kelelahan metalurgi yang mempengaruhi perilaku metalurgi yang mempengaruhi logam kelelahan pada logam. perilaku kelelahan logam. Mahasiswa mengetahui dan memahami batas Mahasiswa mampu menjelaskan batas 03 batas lelah logam kelelahan logam serta cara menentukannya. kelelahan logam serta cara menentukannya. Mahasiswa mengetahui dan memahami Mahasiswa mampu menghitung hubungan antara tegangan (S) yang bekerja tegangan yang bekerja pada komponen 04 Konsep S-N pada komponen logam dengan umur (N) logam serta mampu memprediksi komponen tersebut. umur komponen tersebut berdasarkan Tugas Konsep S-N. UTS Mahasiswa mengetahui dan memahami Mahasiswa mampu menghitung UAS ) yang bekerja hubungan antara regangan ( tegangan dan regangan yang bekerja pada komponen logam dengan umur (N) pada komponen logam serta mampu 05 -N Konsep komponen tersebut. memprediksi umur komponen tersebut -N. berdasarkan konsep Mahasiswa mengetahui dan memahami Mahasiswa mampu menjelaskan dan Pengaruh takikan pengaruh takikan ataupun geometri menghitung pengaruh takikan ataupun 06 pada perilaku komponen terhadap kegagalan lelah. geometri komponen terhadap umur kelelahan logam lelahnya. Mahasiswa mengetahui dan memahami Mahasiswa mampu menjelaskan dan konsep penjalaran retak lelah. konsep penjalaran retak lelah serta Penjalaran retak 07 mampu memprediksi umur lelah lelah Abrianto_Akuan@T.MetalurgiUNJANI berdasarkan konsep tersebut. 2 3. Kelelahan logam diawali dengan pembentukan awal retak dan dilanjutkan dengan penjalaran retakan hingga komponen mengalami patah. Lokasi awal retak pada komponen atau logam yang mengalami pembebanan dinamis atau siklik adalah pada titik daerah dimana memiliki kekuatan yang paling minimum dan atau pada titik daerah dimana mengalami tegangan yang paling maksimum. Oleh karena itu untuk memperkirakan umur lelah suatu komponen merupakan suatu hal yang

cukup sulit, hal ini disebabkan oleh banyaknya faktor-faktor yang mempengaruhi umur lelahnya. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 3 4. Faktor-faktor yang mempengaruhi umur lelah: 1.Pembebanan: 1.Jenis beban:uniaksial, lentur, puntir. 2.Pola beban: periodik, random. 3.Besar beban (besar tegangan). 4.Frekwensi siklus beban. 2.Kondisi material. 1.Ukuran butir. 2.Kekuatan. 3.Penguatan dengan larutan padat. 4.Penguatan dengan fasa ke-2. 5.Penguatan regangan. 6.Struktur mikro. 7.Kondisi permukaan (surface finish). 8.Ukuran Komponen. 3.Proses pengerjaan. 1.Proses pengecoran. 2.Proses pembentukan. 3.Proses pengelasan. 4.Proses pemesinan. 5.Proses perlakuan panas. 4.Temperatur operasi. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 4 5.Kondisi lingkungan. 5. 2.1 Pengaruh Pembebanan Parameter pembebanan yang berpengaruh terhadap kelelahan logam adalah tegangan rata-rata, m dan tegangan amplitudo, a serta frekwensi pembebanan. 2.1.1 Pengaruh Tegangan Rata-rata, m Gambar. 2.1 Pengertian tegangan siklik. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 5 6. Tegangan amplitudo: a = (max - min) / 2 (2.1) Tegangan rata-rata: m = (max + min) / 2 (2.2) Rasio tegangan: R = min / max (2.3) Besarnya tegangan rata-rata yang bekerja akan menentukan terhadap besarnya tegangan amplitudo yang diijinkan untuk mencapai suatu umur lelah tertentu. Bila tegangan rata-rata sama dengan 0 atau rasio tegangan sama dengan -1, maka besarnya tegangan amplitudo yang diijinkan adalah nilai batas lelahnya (Se). Dengan demikian jika tegangan rata-ratanya semakin besar maka tegangan amplitudonya harus diturunkan. Hal ini terlihat pada alternatif diagram Goodman atau pada diagram-diagram lainnya, lihat Gambar 2.2 berikut ini: 6 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 7. Gambar. 2.2 Diagram-diagram batas tegangan terhadap kelelahan logam. 7 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 8. Persamaan-persamaan yang digunakan pada diagram batas tegangan seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2.2 diatas adalah sebagai berikut: Soderberg (USA, 1930): a/Se + m/Sy = 1 (2.4) Goodman (England, 1899): a/Se + m/Su = 1 (2.5) Gerber (Germany, 1874): a/Se + (m/Su)2 = 1 (2.6) Morrow (USA, 1960s): a/Se + m/f = 1 (2.7) 8 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 9. dimana, Se adalah batas lelah (endurance limit), Su adalah kekuatan tarik dan f adalah tegangan patah sebenarnya (true fracture stress). Perbandingan dari tegangan amplitudo terhadap tegangan rata- rata disebut rasio amplitudo (A= a/m), sehingga hubungan antara nilai R dan A yaitu sebagai berikut: jika R=-1, maka A=~ (kondisi fully reversed) jika R=0, maka A=1 (kondisi zero to maximum) jika R=~, maka A=-1 (kondisi zero to minimum) 9 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 10. Pada Gambar 2.2 diatas yang memperlihatkan aman tidaknya kondisi pembebanan terhadap kelelahan logam, berdasarkan hasil diskusi atas berbagai permasalahan, maka dapat dinyatakan sebagai berikut: Diagram. a (Soderberg) adalah paling konservatif dan paling aman, atau digunakan pada kondisi nilai R mendekati 1. Data hasil pengujian, cenderung berada diantara diagram. b dan c (Goodman dan Gerber). Untuk baja keras (getas), diagram. b dan d (Goodman dan Morrow) hampir berimpit (sama). Untuk baja lunak (ulet), diagram. D

(Morrow) akan lebih akurat. Pada kondisi R 400) dan, Su = 0,5 BHN = 0,5 . 465 = 232 ksi Ukuran luas pelat pegas: A = w t = 1 . 0,145 = 0,145 in2 maka, Diameter ekuivalennya adalah: A = /4 dek2 = 0,145 dek = 0,43 in = 10.92 mm sehingga, Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 44 45. *Faktor modifikasi pengaruh ukuran: Csize = 1,189 d-0,097 = 1,189 (10,92)0,097 = 0,94 *Faktor modifikasi pengaruh pembebanan adalah 1 karena pembebanan berupa lentur atau bending. Karena kekasaran permukaannya = 24 in, maka sesuai dengan Gambar 2.15 dapat diketahui; *Faktor modifikasi pengaruh kekasaran permukaan yaitu sebesar = 0,75 Dengan demikian batas lelah

setelah memperhitungkan faktor-faktor modifikasinya adalah: Se=Se.Csize.CLoad.Csurf finish=100 . 0,94 . 1 . 0,75= 70,5 ksi Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 45 46. Maka tegangan yang diijinkan bekerja pada pegas tersebut: a / Se + m / Su = 1 Untuk pembebanan zero to max atau R=0 maka, a = m = max / 2 = sehingga, / Se + / Su = 1 / 70,5 + / 232 = 1 maka, = 54 ksi sehingga, max = 108 ksi Untuk kondisi A, pegas tersebut dapat bekerja dengan umur tak berhingga dengan siklus tegangan antara 0 108 ksi. (aktualnya adalah antara 0 100 ksi, dengan demikian perhitungan diatas memiliki faktor kesalahan: 8 %). Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 46 47. Untuk kondisi B: Kekuatan: Se = 100 ksi (BHN > 400) dan, Su = 0,5 BHN = 0,5 . 475 = 238 ksi Karena kekasaran permukaannya = 125 in, maka sesuai dengan Gambar. 23 dapat diketahui; *Faktor modifikasi pengaruh kekasaran permukaan yaitu sebesar = 0,58 Dengan demikian batas lelah setelah memperhitungkan faktor-faktor modifikasinya adalah: Se=Se.Csize.CLoad.Csurf finish=100 . 0,94 . 1 . 0,58= 54,5 ksi Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 47 48. Karena pengaruh tegangan sisa dipermukaan sebesar -80 maka: a / Se + m / Su = 1 dan, a = m = max / 2 = sehingga, / Se + {(-80) / Su} = 1 / 54,5 + {(-80) / 238} = 1 maka, = 59,3 ksi sehingga, max = 118,6 ksi Untuk kodisi B, pegas tersebut dapat bekerja dengan umur tak berhingga dengan siklus tegangan antara 0118,6 ksi. (aktualnya adalah antara 0140 ksi, dengan demikian perhitungan diatas memiliki faktor kesalahan: 15 %). Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 48 49. 2.3 Pengaruh Proses Pengerjaan Pada dasarnya setiap ketidakkontinyuan dan ketidakseragaman pada material akan berpengaruh langsung terhadap penjalaran retak lelah atau ketahanan lelah material, ketidakkontinyuan ini dapat berupa takikan dari geometri komponen ataupun berupa retakan dan rongga sebagai akibat suatu proses pengerjaan. Selain itu ketidakseragaman yang berupa ketidakmohogenan struktur ataupun berupa segregasi dari suatu proses pengerjaan akan sangat berpengaruh pula terhadap ketahanan lelah material. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 49 50. 2.3.1 Pengaruh Proses Pengecoran Hal-hal yang berpengaruh terhadap ketahanan lelah logam sebagai akibat negatif dari proses pengecoran adalah: Segregasi (terutama segregasi makro) Cacat rongga Porositas Retak panas Terak, slag atau inklusi dan lain-lain Gambar. 2.21 Cacat-cacat coran. 50 51. 2.3.2 Pengaruh Proses Pembentukan Logam hasil proses pembentukan akan memiliki batas lelah yang lebih tinggi dari benda coran, namun cacat-cacat dari suatu proses pembentukan akan sangat merugikan pula terhadap batas lelah logam yang dihasilkan. Cacat-cacat tersebut antara lain: Cacat laps atau seams (berupa lipatan) pada permukaan produk tempa atau roll. Oksida yang terjebak pada lipatan di permukaan produk tempa atau roll. Permukaan yang kasar. dan lainlain. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 51 52. Pada Gambar 2.22, Tabel 2.4 dan Gambar 2.23 ditunjukkan pengaruh proses pembentukan terhadap ketahanan lelah baja, dan pada Gambar 2.24 ditunjukkan pula pengaruh anisotrop yang dihasilkan dari proses pembentukan logam serta

Gambar 2.25 memperlihatkan jenis-jenis cacat proses pembentukan. Gambar. 2.22 Pengaruh pengerolan dingin terhadap kurva S-N baja. 52 53. Tabel. 2.6 Kekuatan lelah pada 105 siklus dari baut baja AISI 8635 Gambar. 2.23 Pengaruh penempaan terhadap batas lelah baja. 53 54. Gambar. 2.24 Pengaruh anisotrop terhadap ketahanan patah. Gambar. 2.25 Cacatcacat proses tempa dan ekstrusi. 54 55. 2.3.2 Pengaruh Proses Pengelasan Proses pengelasan melibatkan pencairan dan pembekuan, maka segala jenis cacat-cacat coran dapat terjadi didaerah logam las. Sedangkan daerah terpengaruh panas (Heat Affected Zone) dapat terjadi perubahan struktur mikro yang menghasilkan fasa getas dan butir kasar, hal ini akan sangat merugikan ketahanan lelah sambungan lasan disamping adanya tegangan sisa tarik pada daerah tersebut. Pada Gambar 2.26 ditunjukkan jenisjenis cacat lasan. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 55 56. Gambar. 2.26 Cacat-cacat lasan. 56 57. 2.3.3 Pengaruh Proses Pemesinan Kondisi permukaan logam sangat berpengaruh terhadap umur lelahnya, permukaan yang kasar merupakan tempat yang tegangan lokalnya tinggi sehingga dapat menjadi lokasi awal retak lelah. Dengan demikian proses pemesinan yang menentukan kekasaran permukaan logam akan menentukan pula terhadap ketahanan lelahnya disamping timbulnya tegangan sisa sebagai akibat deformasi plastis pada saat pembentukan geram dalam operasi pemesinan tersebut (Gambar. 2.27), bahkan jika tegangan sisa tarik muncul yang cukup besar seperti dalam proses penggerindaan yang cukup berat, dapat menimbulkan retak rambut (Gambar 2.28). Abrianto_Akuan@T.MetalurgiUNJANI 57 58. Gambar. 2.27 Pengaruh proses penggerindaan terhadap kurva S-N baja. Gambar. 2.28 Cacat-cacat proses pemesinan. 58 59. 2.3.5 Pengaruh Proses Perlakuan Panas Pengaruh dari proses perlakuan panas yang dapat menurunkan kekuatan lelah adalah: Over heating yang menyebabkan butir kasar. Over heating yang menyebabkan pencairan fasa bertitik cair rendah. Retak quench. Tegangan sisa Dekarburisasi (Tabel 2.7). dan lain-lain. Tabel. 2.7 Pengaruh dekarburisasi terhadap batas lelah. 59 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 60. 2.4 Pengaruh Temperatur Operasi Pada temperatur tinggi, kekuatan logam akan menurun sehingga deformasi plastis akan lebih mudah terjadi dan batas lelah menjadi tidak jelas (hilang) yang disebabkan oleh karena pengaruh mobilitas dislokasi (lihat Gambar 2.29). Room Temperature Gambar 2.29. Pengaruh temperatur terhadap batas lelah baja. High Temperature (750oC) 60 61. 2.5 Pengaruh Kondisi Lingkungan Kondisi lingkungan yang korosif akan menyerang permukaan logam dan menghasilkan lapisan oksida atau produk korosi. Umumnya oksida adalah sebagai lapis lindung dan dapat mencegah kerusakan korosi selanjutnya, tetapi pembebanan siklik dapat menyebabkan pecahnya lapisan tersebut dan kerusakan korosi berikutnya sehingga timbul korosi sumuran yang berfungsi sebagai takikan. Hal itulah yang menyebabkan penurunan kekuatan lelah, pengaruh lingkungan korosif ini menurunkan kekuatan lelah logam hingga 10 % serta dapat menyebabkan batas lelah menjadi tidak jelas

(hilang) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.30, 2.31 dan Tabel 2.8 dan 2.9 berikut ini. 61 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 62. Gambar 2.30. Pengaruh lingkungan terhadap kurva S-N baja. Gambar 2.31. Pengaruh kekuatan tarik terhadap korosi- lelah berbagai jenis baja. 62 63. Tabel. 2.8 Kekuatan lelah baja pada beberapa kondisi lingkungan. Tabel. 2.9 Pengaruh perlakuan permukaan terhadap korosi-lelah baja. 63 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 64. Gambar. 2.32 Pengaruh lingkungan dan variabel metalurgis lainnya terhadap batas lelah. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 64 65. Tugas: 2.1 Batang silinder berdiameter 2,5 in dan memiliki kekasaran permukaan 125 in terbuat dari bahan baja AISI 1035 dengan kekuatan tarik, Su = 92 Ksi. Tentukanlah beban yang akan menghasilkan umur tak berhingga untuk kondisi: pembebanan aksial bolak-balik (R=-1) dan pembebanan puntir bolak- balik (R=1). 2.2 Gambarlah grafik hubungan antara kekuatan lelah, Se dengan kekuatan tarik, Su dengan berbagai kondisi permukaan hasil perlakuan proses: Hot Rolling, Machining, Forging dan Poleshing. (Gunakanlah Gambar. 2.14). Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 65 66. 2.3 Suatu baja paduan memiliki kekuatan tarik, Su = 100 ksi. Baja tersebut diproses shot peening sehingga menghasilkan tegangan sisa -50 ksi yang menyebabkan peningkatan kekerasan dari 200 BHN menjadi 250 BHN serta peningkatan kekasaran permukaan dari 5 menjadi 50 in. Estimasilah kekuatan lelah baja tersebut sebelum dan setelah perlakuan shot peening. 2.4 Poros baja kondisi A hasil proses pemesinan akan diganti oleh poros baja kondisi B hasil proses forging. Tentukanlah diameter dari poros pengganti tersebut yang akan dipakai pada pembebanan puntir bolak- balik yang menghasilkan umur 106 siklus. Poros A: Su = 80 Ksi Surface finish, AA = 125 in (machined) Diameter = 1,5 in Poros B: Su = 90 Ksi 66 Surface finish, AA = as forged

Pelapisan Logam Pada Plastik - Presentation Transcript1. PELAPISAN LOGAM PADA PLASTIK Abrianto Akuan, Ir., MT. Teknik Metalurgi - UNJANI 2. Plastik jenis ABS merupakan campuran antara Acrylonitrile- Styrene dan Butadiene-Styrene dengan Komposisi minimum masing-masing monomer: 15 % Acrylonitritrile, 6 % Butadiene, 15 % Styrene, dan 10 % monomer atau polimer lain 3. Jenis-jenis plastik ABS: Vinyl chloride acetate Polyvinyl chloride Vinylidene chloride Polystryrene Methyl methacrylate Cellulose acetate Cellulose nitrate Ethyl cellulose

4. Sifat-sifat Plastik ABS: Kekuatan Tarik : 3,12-7,18 Kg/mm^2 Kekuatan Bengkok : 4,55-10,5 Kg/mm^2 Elongasi : 5-25 % Kekuatan Impak : 0,0160,299 Kg/mm^2 Daya serap air (24 jam) : 0,01-3,1 % Distorsi panas : 63-82 OC 5. Pengaruh pelapisan logam pada plastik ABS: Peningkatan kekuatan tarik : 1227,7 % Peningkatan kekuatan bengkok : 15-17,9 % Peningkatan kekuatan impak : 14,9-22,9 % Penurunan daya serap air : 69,2-100 % Peningkatan temperatur distorsi panas : 27,5- 61,3 % 6. Tahapan Pelapisan Logam pada Plastik ABS: Pembersihan permukaan Pengetsaan Penetralan Sentisisasi Aktivasi Elektroless Tembaga 7. A. Persiapan bendakerja Plastik yang berupa lempengan dipotong sesuai ukuran Lakukan pengkasaran pada permukaan bendakerja dengan menggunakan kertas ampelas (1500 mesh). 8. B.Persiapan Larutan Pencucian. 1. Siapkan larutan Metal Cleaner yaitu : ambil 500 ml aqua d.m kemudian larutkan dalam ; 90 gr NaOH 15 gr Na2CO3. 10 H2O 6,2 gr Na3PO4. 12 H2O 1,5 gr Teepol Setelah itu ditambahkan aqua d.m sampai volume menjadi 1 liter. Potongan plastik dicelup selama 15 menit pada temperatur 60-80o C. 9. 2. Perlakuan Pelarut Pelarut yang dipakai : Toluene atau alkohol. Potongan plastik dicelup dalam pelarut selama 15 menit sambil diagitasi. 3. Pengaturan Kondisi Permukaan (Etching) Buatlah larutan asam kromosulfat (pekat) yaitu : kepada 100 gr kalium atau natrium dikromat (K2Cr2O7 atau Na2Cr2O7) ditambahkan 1 lt asam sulfat pekat. Aduk campuran sekali-kali, dan simpan dalam bejana yang bertutup. Karena mempunyai sifat mengoksidasi dan mendehidratasi yang kuat, maka larutan ini harus diperlakukan dengan sangat hati-hati (gunakan kaca mata dan sarung tangan karet). Kemudian buatlah larutan asam kromat (25 %) yaitu : Tuang 25 ml asam kromosulfat dengan hati-hati sambil terus diaduk, kedalam 70 ml aqua d.m. Setelah didinginkan encerkan larutan tersebut dengan aqua d.m sampai menjadi 100 ml. Potongan plastik dicelup dalam larutan asam kromat (25 %) tersebut selama 15 menit pada temperatur 50o C sambil diagitasi. 10. 4. Penetralan Dalam beaker glass 1000 ml dimasukkan 370 ml aqua d.m lalu ditambahkan 50 ml HCl 37 %. Potongan plastik dicelup selama 1 menit. 5. Pemekaan (Sensitisasi) 10 gr SnCl2 dilarutkan dalam 40 ml HCl 37 % kemudian ditambahkan aqua d.m sampai volume menjadi 1 liter. Potongan plastik dicelup pada temperatur kamar selama 10 menit. 6. Pengintian (Aktivasi) 0,25 gr PdCl2 dilarutkan dalam 10 ml HCl 37 % kemudian ditambahkan aqua d.m sampai volume menjadi 1 liter. Potongan plastik dicelup dan dikeringkan pada temperatur kamar selama 10 menit. 11. 7. Larutan Electroless Tembaga Padatan CuSO4 sebanyak 7 gr atau Cu(NO3)2 . 3H2O sebanyak 15 gr dilarutkan dalam 500 ml aqua d.m kemudian ditambahkan 30 gr KNaC4H4O6 .4H2O (Rochelle Salt), kemudian ditambahkan 100 ml Formaldehida 37 % kemudian larutan diencerkan dengan aqua d.m sampai 900 ml. Untuk mengatur PH = 11,5 ditambahkan NaOH. Setelah PH tercapai ditambahkan aqua d.m sampai menjadi 1 liter. Potongan plastik dicelup sampai diagitasi pada temperatur kamar sampai muncul endapan tembaga berwarna kemerahan (10-20 menit).

12. 8. Larutan Electroplating Tembaga Padatan CuSO4 sebanyak 110 gr dilarutkan dalam 500 ml aqua d.m kemudian ditambahkan 25 ml H2SO4 (96 %) sedikit demi sedikit lalu tambahkan pula Cu-60 sebanyak 25 ml dan brightener (Yubeck) dalam larutan sebanyak 1 ml.

Proses Blackening - Presentation Transcript1. PROSES BLACKENING Abrianto Akuan, Ir., MT. Teknik Metalurgi - UNJANI Teknik Metalurgi-UNJANI 1 2. Coating atau pelapisan (logam atau non-logam) pada suatu pemukaan (logam atau non-logam), secara umum adalah berfungsi untuk keperluan sebagai berikut : Decorative/aesthetic : cosmetic marketable appearance Functional/engineering : corrosion and wear resistant Electronic circuitry : Printed Circuit Boards, Connectors and contacts Repair/reclamation : refurbishment of worn parts, recovery of tolerance Manufacturing : Electroforming Economic : Cheaper (eg. steel) substrates, expensive coating (eg. tin) Teknik Metalurgi-UNJANI 2 3. Teknik Metalurgi-UNJANI 3 4. Conversion Coating Suatu proses yang merubah lapisan permukaan yang aktif (korosif) menjadi lapisan pasif yang dapat melindungi permukaan dari serangan korosi. Proses ini relatif sederhana dan lapisan yang terbentuk memiliki ketebalan antara 0.1 sampai 5 mikron. Dapat menghasilkan sinergi yang baik dengan proses coating lainnya. Teknik Metalurgi-UNJANI 4 5. Conversion Coatings : oxide coatings chromate coatings phosphate coatings Oxide Coatings : Pelapisan yang menghasilkan lapisan oksida yang memiliki sifat adhesif yang baik. Proses ini dapat dilakukan secara thermal, kimiawi ataupun secara elekrokimia. Ketebalan lapisan oksida ini adalah kurang dari 2,5 mikron. Teknik Metalurgi-UNJANI 5 6. Bluing dilakukan dengan cara pemanasan logam (umumnya baja) pada temperatur 225C sampai 370C dalam atmosfir uap air selama 0,25 sampai 12 jam. Chemical baths psama dengan proses bluing tetapi dilakukan dengan mencelupkan logam pada larutan kimia (Ferri, cupri, asam phospat atau garam ammonium). Black oxide dapat diterapkan pada logam-logam : baja, tembaga dan stainless steel. Proses ini dilakukan secara kimiawi. Anodizing merupakan proses elektrokimia (umumnya pada logam aluminium) dengan tujuan menghasilkan lapisan protektif serta untuk keperluan dekoratif, lapisan yang dihasilkan memiliki ketebalan antara 2 m sampai 25 m. Lapisan yang lebih tebal lagi yaitu antara 25 sampai 75 m ditujukan untuk ketahanan abrasi. Teknik Metalurgi-UNJANI 6

7. Chromate Coatings : lapisan yang terbentuk oleh reaksi dari larutan asam kromik atau garam kromium. Lapisan ini memiliki sifat ketahanan korosi yang baik pada kondisi atmosfir biasa serta dapat diterapkan pada logam-logam : aluminium, seng, cadmium, dan magnesium. Phosphate Coatings : Lapisan yang terbentuk dari kristal-kristal phosfat pada permukaan logam (baja karbon, baja paduan rendah, besi cor, seng, cadmium, aluminium dan timah). Jenis-jenis lapisan ini adalah : besi phosfat, seng phosfat dan mangan phosfat. Lapisan phosfat ini tergolong lapisan jenis non- metalik. Teknik Metalurgi-UNJANI 7 8. Nominal Rating Thicknes (1=poor : 10=good) Materials s CR: Corrosion Resistance m SA: Solderability CR: 9 after sealing, SA: 2. Anodizing on Can be made in different Aluminum 2.5 25 colors. Electrically insulative. CR: 6, SA: 2. Chromate ~ 0.025 Good electrical conductivity, Conversion good base coating for subsequent coatings. Teknik Metalurgi-UNJANI 8 9. Persiapan Permukaan Cleaning Degreasing Pickling Perlakuan Permukaan Conversion coatings atau etsa-primer Polishing Mechanical modification Teknik Metalurgi-UNJANI 9 10. Jenis Basa : NaOH = 700 gr/lt NaNO3 = 350 gr/lt NaNO2 = 175 gr/lt Proses dicelup pada temperatur 80 oC selama 30 menit atau NaClO2 = 100 ml NaOH = 5 gr Proses dicelup dalam larutan (PH=13) pada temperatur 18 oC selama 15 detik Jenis Asam : FeCl3 = 1 bagian HCl = 3 bagian H2O = 100 bagian Proses dicelup, kemudian dipanggang (dipanaskan) Teknik Metalurgi-UNJANI 10

4 Pelapisan Ni - Presentation Transcript1. PELAPISAN NIKEL Abrianto Akuan, Ir., MT. Teknik Metalurgi - UNJANI Teknik Metalurgi-UNJANI 1 2. PELAPISAN NIKEL Jenis pelapisan ini selain ada yang bertujuan untuk dekoratif seperti lapisan nikel mengkilap, lapisan nikel suram dan lapisan nikel hitam, ada juga yang bertujuan teknik yaitu untuk meningkatkan kekerasan permukaan komponen misalnya lapis nikel keras (hard nickel) Sumber logam pada pelapisan nikel berasal dari garam nikel. Bila konsentrasi garam nikel tinggi maka rapat arus semakin tinggi dan kecepatan pelapisan semakin meningkat. Jika konsentrasi garam nikel rendah maka permukaan lapisan akan terbakar jika rapat arus yang digunakan tinggi dan efesiensi katoda menjadi rendah. Tabel 3 memperlihatkan komposisi dan kondisi operasi dari beberapa jenis eletrolit Nikel. Teknik Metalurgi-UNJANI 2

3. Nickel electroplating solutions Teknik Metalurgi-UNJANI 3 4. Penambahan Nikel klorida dimaksudkan untuk mempercepat pengkorosian pada anoda dan meningkatkan konduktivitas larutan sehingga struktur kristal lapisan lebih halus dan kekerasan lapisan meningkat. Penambahan asam borat bertujuan untuk penyangga (buffer) sehingga mudah dalam pengontrolan pH larutan. Untuk mencegah stratifikasi larutan elektrolit dan menjaga agar temperatur dalam larutan seragam, maka perlu dilakukan pengadukan (agitasi) baik dengan cara mekanik, udara, sirkulasi larutan, maupun penggoyangan pada katoda. Teknik Metalurgi-UNJANI 4 5. Beberapa masalah yang mungkin timbul dalam pelapisan Nikel adalah sebagai berikut : 1. Efesiensi katoda menjadi rendah jika: Konsentrasi garam Nikel terlalu rendah Rapat arus terlalu rendah Rapat arus terlalu tinggi jika dibandingkan dengan temperatur larutan, konsentrasi logam nikel dan derajat agitasi. Temperatur larutan terlalu rendah Jumlah hydrogen peroksida atau bahan anti pitting terlalu tinggi pH larutan terlalu rendah Teknik MetalurgiUNJANI 5 6. 2. Dijumpai adanya pitting jika: Kurangnya bahan tambahan anti pitting Jumlah asam borat terlalu rendah Sumber logam pelapis terlalu sedikit Keasaman terlalu tinggi Pengadukan tidak sesuai Adanya pengotor dalam elektrolit 3. Rendahnya kecepatan pelapisan jika: Sumber logam pelapis sedikit Temperatur larutan terlalu rendah Konsentrasi hydrogen peroksida terlalu tinggi Rapat arus terlalu rendah 4. Lapisan Tidak sempurna / tidak menempel Larutan bersifat alkalin (biasanya terlihat dari tampilan larutan yang keruh dan hasil pelapisan yang suram) Larutan terlalu asam (pada katoda timbul gelembung gas/evolusi hydrogen yang berlebihan sehingga lapisan keras dan mengkilap) Adanya lemak pada permukaan benda kerja Teknik Metalurgi-UNJANI 6 7. Jenis pelapisan nikel yang banyak dijumpai di lapangan sebenarnya jenis pelapisan nikel mengkilap (lihat komposisi pada table 3). Sebenarnya lapisan yang mengkilap dapat dihasilkan dari lapisan nikel biasa (suram) yang digosokgosok, tetapi hal ini sangat tidak ekonomis, sehingga biaya produksi menjadi meningkat. Untuk menghasilkan lapisan yang mengkilap, biasanya dilakukan penambahan bahan pemengkilap (brightener) ke dalam larutan elektrolit. Brightener kelas I digunakan untuk mendapatkan lapisan putih mengkilap, sedangkan brightener kelas II dimaksudkan untuk memperoleh permukaan kilapan seperti cermin. Kedua brightener tersebut harus bersama-sama digunakan dalam elektrolit sebab jika hanya brightener kelas I saja yang digunakan, maka akan timbul tegangan sisa yang cukup tinggi dan kerapuhan pada lapisan. Teknik Metalurgi-UNJANI 7 8. Brightener kelas I biasanya berupa napthalena disulfonic acid atau alkyl napthalena disulfonic acid, sedangkan brightener kelas II biasanya mengandung garam logam atau senyawa organik tak jenuh. Untuk menjaga agar kualitas lapisan tetap mengkilap maka selain pengadukan (agitasi), penyaringan larutan juga harus dilakukan secara kontinyu. Selain itu, selama proses pelapisan, anoda akan mengeluarkan kotoran (berupa endapan). Oleh karena itu perlu dilakukan pembungkusan anoda dengan bahan polypropilene. Teknik Metalurgi-UNJANI 8 9. Nickel electrodeposition data Teknik Metalurgi-UNJANI 9

10. Standards and Recommended Thicknesses. ASTM B 456 Decorative nickel-pluschromium coatings on steel Teknik Metalurgi-UNJANI 10 11. Variation in internal stress, tensile strength, ductility, and hardness with pH. Watts bath operated at 54 C and 5 A/dm2 Teknik Metalurgi-UNJANI 11 12. Variation in internal stress and hardness with current density. Watts bath operated at 54 C and pH 3.0 Teknik Metalurgi-UNJANI 12 13. Variation in elongation, tensile strength, and hardness with temperature. Watts bath operated at 54 C and 5 A/dm2 Teknik Metalurgi-UNJANI 13 14. Variation in internal stress, elongation, tensile strength, and hardness with chloride content in deposits from Watts solutions operated at 55 C, pH 3.0, and 5 A/dm2 Teknik Metalurgi-UNJANI 14 15. Other nickel plating solutions and some properties of the deposits Teknik Metalurgi-UNJANI 15

6 Pelapisan Seng - Presentation Transcript1. PELAPISAN SENG Abrianto Akuan, Ir., MT. Teknik Metalurgi - UNJANI Teknik Metalurgi-UNJANI 1 2. Karakteristik : Seng bersifat anodik terhadap besi & baja, oleh karena itu dapat menjadi lapisan protektif dengan ketebalan antara 7 to 15 mikron (0.3 to 0.5 mil) setara dengan ketebalan lapisan nikel atau lapisan katodik lainnya. Jika dibandingkan dengan logam lain adalah pelapisan seng relatif murah dan dapat diterapkan di/dalam barrel, tangki/tank, atau fasilitas proses pelapisan kontinyu. Proses pelapisan seng dilakukan dengan menggunakan listrik, dan terlihat abu-abu setelah pelapisan. Untuk menghasilkan lapisan seng yang terang sebagai lapisan dekoratif, maka sesudah proses pelapisan (plating) diberikan suatu lapisan konversi (kromatasi) atau pernis bening (atau keduanya). Lapisan seng, walaupun lebih tidak tahan lama dibandingkan lapisan nikel, tetapi cukup memberikan suatu perlindungan terhadap karat (korosi) dan biaya proses yang jauh lebih murah. Teknik Metalurgi-UNJANI 2 3. Jenis Larutan : Pelapisan seng komersial, dapat menggunakan sistem larutan yang cukup berbeda, yaitu: larutan sianida larutan alkalin non sianida dan larutan asamklorid. Teknik Metalurgi-UNJANI 3 4. Larutan Seng Sianida Larutan seng sianida, dibagi menjadi empat klasifikasi yang berbasis pada sianida, yaitu: Larutan seng sianida reguler Larutan midcyanide atau larutan dengan konsentrasi sianida, medium Larutan sianida-rendah dan latutan seng Microcyanide Tabel 1 menunjukkan komposisi umum dan syaratsyarat operasi untuk sistem ini. Teknik Metalurgi-UNJANI 4 5. Tabel 1. Komposisi dan prameter operasi dari larutan seng sianida Teknik Metalurgi-UNJANI 5

6. Lanjutan Note: Cathode current density: limiting 0.002 to 25 A/dm2 (0.02 to 250 A/ft2); average barrel 0.6 A/dm2 (6 A/ft2); average rack 2.0 to 5 A/dm2 (20 to 50 ft2). Bath voltage: 3 to 6 V, rack; 12 to 25 V, barrel. (a) Operating temperature: 29 C (84 F) optimum; range of 21 to 40 C (69 to 105 F). (b) Operating temperature: 29 C (84 F) optimum; range of 21 to 40 C (69 to 105 F). (c) Operating temperature: 27 C (79 F) optimum; range of 21 to 35 C (69 to 94 F). (d) Operating temperature: 27 C (79 F) optimum; range of 21 to 35 C (69 to 94 F). (e) Zinc oxide. (f) Dissolve zinc anodes in solution until desired concentration of zinc metal is obtained. (g) As specified Teknik MetalurgiUNJANI 6 7. Standar Larutan Seng Sianida Perlu pembersihan permukaan yang lebih baik dari pada sistem lain. Larutan seng Sianida adalah benar-benar fleksibel, dan berbagai macam komposisi larutan dapat memenuhi persyaratan pelapisan seng. Sistem larutan seng sianida tidak bersifat merusak ke/pada peralatan, sehingga tangki/tank dan keranjang anoda yang terbuat dari baja dapat digunakan untuk sistim larutan ini, pada hakekatnya dapat mengurangi investasi awal pabrik. Sistem sianida juga mempunyai sejumlah kerugian, mencakup tingkat keracunan. (dengan kekecualian larutan perak atau cadmium sianida), larutan seng sianida standar yang berisi 90 g/L (12 oz/gal) dari total sodium sianida merupakan larutan yang berpotensi paling beracun dalam industri pelapisan. Bahaya terhadap kesehatan dari larutan sianida konsentrasi tinggi ini memerlukan biaya tambahan dalam memperlakukan limbah sianida, sehingga alasan primer inilah untuk menggunakan larutan sianida dengan konsentrasi lebih rendah atau diganti dengan menggunakan larutan non sianida atau asam, walaupun teknologi untuk penanganan limbah larutan sianida sangat telah berkembang, tetapi memerlukan biaya untuk awal penanganan pabrik mungkin saja lebih besar dari biaya instalasi proses pelapisannya. Kerugian Lain adalah konduktivitas larutan yang relatif lebih rendah. Konduktivitas larutan sianida pada hakekatnya lebih rendah dari larutan asam. Efisiensi proses pelapisan dari sistem sianida, sangat bervariasi tergantung pada beberapa faktor-faktor seperti temperatur larutan, konsentrasi sianida, dan kerapatan arus. Di/dalam instalasi proses sistim barrel, kerapatan arusnya sampai dengan 2.5 A/dm2 (25 A/ft2) dengan efisiensi dapat mencapai 75 sampai 90%. Di/dalam instalasi proses sistim rak, efisiensinya di bawah 50% pada kerapatan arus di atas 6 A/dm2 (60 A/ft2). Teknik Metalurgi-UNJANI 7 8. Larutan Seng Midcyanide Larutan sianida standar menghasilkan throwing and covering power yang baik sekali. Kemampuan larutan melapisi bahan pada kerapatan arus yang sangat rendah adalah lebih baik dari sistim larutan seng lainnya. Kemampuan ini tergantung pada komposisi larutan, temperatur, logam dasar (jenis bahan), dan penggunaan aditip. Konsentrasi jenis larutan ini ditunjukkan pada tabel 1. Karakteristik penyepuhan dari larutan midcyanide dan larutan sianida reguler, pada kenyataannya adalah sama. Kelemahan Satu- satunya dari larutan midcyanide ini dibandingkan dengan larutan standar, adalah toleransi terhadap pengotor yang sangat rendah dan preparasi permukaan yang harus sangat baik. Kelemahan ini adalah jarang ditemui dalam praktek di pabrik. Lebih besar proses pembilasan, pada hakekatnya adalah lebih sedikit dragout, dan menghemat

persiapan larutan, biaya pemeliharaan, dan biaya proses sehingga menjadi keunggulan dari jenis larutan ini. Teknik Metalurgi-UNJANI 8 9. Larutan Seng Low-cyanide Dioperasikan pada kira-kira 6 sampai 12 g/L (0.68 sampai 1.36 oz/gal) sianida sodium dan logam seng. Larutan ini karakteristiknya berbeda dengan jenis midcyanide dan sianida standar. Aditip, secara normal digunakan di/dalam larutan reguler dan sianida midstrength, tetapi tidak berfungsi dengan baik pada larutan sianida rendah, sehingga brighteners untuk larutan Sianida-rendah menggunakan brightener khusus. Larutan seng sianida rendah, lebih sensitif temperatur dibandingkan larutan reguler atau midcyanide. Efisiensi larutan jenis ini adalah sama dengan larutan sianida reguler pada awalnya, tetapi itu cenderung menyebabkan pengelupasan (terutama pada/di kerapatan arus yang lebih tinggi). Jenis larutan ini memiliki throwing power and covering power yang sedikit lebih rendah dibandingkan dengan larutan midcyanide standar. Larutan lowcyanide lebih tidak sensitif terhadap pengotor dibandingkan larutan standar atau midcyanide. Pengotor dari logam lebih banyak tidak larut pada larutan dengan konsentrasi sianida yang lebih rendah. Larutan jenis ini banyak digunakan secara ekstensif untuk proses pelapisan seng sistim rak barang-barang kawat. Tidak seperti sistem sianida lain, larutan sianida- rendah tidak sensitif terhadap penambahan sulfida untuk mengurangi pengotor bahkan dapat mengurangi kecerahan lapisan dan kecepatan proses pelapisan. Teknik Metalurgi-UNJANI 9 10. Larutan Seng Microcyanide secara esensial merupakan larutan seng alkalin noncyanide. Proses pelapisan seng dengan lmenggunakan larutan alkalin ini relatif cukup sulit, sehingga ditambahkan sedikit sianida minimal 1.0 g/L (0.13 oz/gal), sebagai suatu aditip yang dapat meningkat kecerahan hasil lapisan. Bagaimanapun, itu bertujuan untuk dapat meniadakan atau sepenuhnya mengeliminasi sianida. Teknik Metalurgi-UNJANI 10 11. Preparation of Cyanide Zinc Baths Bath may be prepared with cyanide zinc liquid concentrates that are diluted with water, and to which sodium hydroxide is normally added, or they may be prepared as follows: 1. Fill the makeup and/or plating tank approximately two-thirds full of tap water. 2. Slowly stir in the required amount of sodium hydroxide. 3. Add the required amount of sodium cyanide and mix until dissolved. 4. Prepare a slurry of the required amount of zinc oxide or zinc cyanide and slowly add to the bath. Mix until completely dissolved. Instead of zinc salts, the bath may be charged with steel baskets of zinc anode balls that are allowed to dissolve into the solution until the desired metal content is reached. 5. Add an initial 15 g/L (2.0 oz/gal) sodium carbonate for rack plating baths. 6. Add approximately 0.25 to 0.50 g/L (0.03 to 0.06 oz/gal) of sodium polysulfide or zinc purifier for regular and midcyanide baths. 7. Run plating test panels and add the necessary amount of brightener to the bath. If a satisfactory deposit is obtained, place anodes for production. Zinc baths prepared from impure zinc salts may require treatment with zinc dust and/or low-currentdensity dummying (the process of plating out bath impurities). Zinc dust should be added at the rate of 2 g/L (0.26 oz/gal) and the bath should be agitated for about 1 h. After settling, the bath should be filtered into the plating tank. Dummying is preferably done on steel cathode sheets at low current densities of 0.2 to 0.3 A/dm2 (2 to 3 A/ft2) for 12 to 24 h. Teknik Metalurgi-UNJANI 11

12. Alkaline Noncyanide Baths Alkaline noncyanide baths are a logical development in the effort to produce a relatively nontoxic, cyanide-free zinc electrolyte. Approximately 15 to 20% of zinc plated at present is deposited from these baths. Teknik Metalurgi-UNJANI 12 13. Table 2 Komposisi & parameter proses dari larutan seng alkaline noncyanide (a) Operating conditions: temperature, 27 C (81 F) optimum; cathode current density, 0.6 A/dm2 (6 A/ft2); bath voltages, 3 to 6 rack. (b) Operating conditions: temperature, 21 to 35 C (69 to 94 F) range; cathode current density, 2.0 to 4.0 A/dm2 (20 to 40 A/ft2); bath voltages, 12 to 18 barrel. (c) As specified Larutan alkalin noncyanide relatif murah proses & pemeliharaannya. Larutan ini menggunakan logam seng: 7.5 sampai 12 g/L (1.0 sampai 1.6 oz/gal) digunakan pada3 A/dm2 (30 A/ft2) yang dapat menghasilkan suatu lapisan seng yang terang/cerah dengan efisiensi kira-kira 80%, seperti yang diperlihatkan pada Gambar. 1. Jika konsentrasi logam turun hingga 2 g/L (0.26 oz/gal), maka efisiensi turun sampai dibawah 60% pada kerapatan arus ini. Meningkatnya konsentrasi logam hingga di atas 17 g/L (2.3 oz/gal) akan menghasilkan lapisan berwarna abu-abu dop dan tidak rata, rapat arus menurun; sehingga, penambahan aditip perlu dilakukan untuk menyelesaikan masalah ini. Meningkatkan konsentrasi hidroksida sodium akan meningkatkan efisiensi, seperti diperlihatkan pada Gambar. 2. Jika, konsentrasi yang terlalu tinggi maka akan menyebabkan penumpukkan lapisan pada daerah sudut atau sisi. Noncyanide Alkalin seng adalah satu larutan yangrelatif praktis. Teknik Metalurgi-UNJANI 13 14. Gambar. 1 Effisiensi arus pada katoda katoda sebagai fungsi dari konsenrasi logam seng dari larutan seng alkalin noncyanide. NaOH, 80 g/L (11oz/gal); Na2CO3, 15 g/L (2 oz/gal) Teknik Metalurgi-UNJANI 14 15. Gambar. 2 Pengaruh konsentrasi logam seng & sodium hidroksida terhadap efisiensi katoda dari larutan noncyanide. Temperature: 26 C (77 F). : Lingk-7.5 g/L (1 oz/gal) Zn, 75 g/L (10 oz/gal) NaOH; : 7.5 g/L (1.0 oz/gal) Zn, 150 g/L (20 oz/gal) NaOH; Segitiga Kosong- 11 g/L (1.5 oz/gal) Zn, 110 g/L (15 oz/gal) NaOH; Segitiga Pejal- 15 g/L (2.0 oz/gal) Zn, 150 g/L (20 oz/gal) NaOH; Segi Empat 11 g/L (1.5 oz/gal) Zn, 150 g/L (20 oz/gal) NaOH. Teknik MetalurgiUNJANI 15 16. Temperatur Larutan seng Sianida dapat dioperasikan pada temperatur 12 sampai 55 C (54 sampai 130 F), pemakaian umum adalah antara 23 sampai 32 C (73 sampai 90 F). Temperatur operasi ini diberikan tergantung pada jenis benda kerja, permukaan akhir yang diinginkan dan karakteristik larutannya. Temperatur larutan sangat berpengaruh dalam sistem seng sianida, sehingga temperatur optimum perlu ditentukan. Pengaruh meningkatnya temperatur Larutan: Meningkatkan efisiensi katode Meningkatkan konduktivitas larutan Meningkatkan karat (korosi) pada anoda Menghasilkanlapisan yang buram Mengurangi daya liput (covering power) Mengurangi throwing power Meningkatkan penguraian sianida dan agen penambahan Menurunkan temperatur larutan akan mempunyai efek kebalikan. Mengoperasikan larutan pada temperatur yang relatif tinggi, akan memberikan konduktivitas dan efisiensi pelapisan yang optimum. Teknik Metalurgi-UNJANI 16

17. Effisiensi Arus Pada proses pelapisan dengan larutan seng sianida sistim barrel, effisiensi arusnya bervariasi antara 75 dan 93%, tergantung pada temperatur dan kerapatan arus. Pada sistim rak efisiensi arusnya akan sangat bervariasi pada kerapatan arus yang relatif tinggi, terutama di atas 3 A/dm2 (30 A/ft2). Pengaruh adari konsentrasi logam seng, hidroksida sodium, dan perbandingan cyanide- seng terhadap efisiensi adalah diperlihatkan pada Gambar. 3. Umumnya, effisiensi kira-kira 90% pada 2.5 A/dm2 (25 A/ft2) 50% pada 5 A/dm2 (50 A/ft2). Peningkatan efisiensi dapat diperoleh dengan menggunakan Larutan dengan konsentrasi sianida yang lebih tinggi; tetapi, hal ini dapat menyebabkan rendahnya throwing power dari larutan, konsumsi brightener lebih tinggi, biaya operasional lebih tinggi, dan berbagai kesulitan pemeliharaan larutan. Teknik Metalurgi-UNJANI 17 18. Gambar. 3 Pengaruh komposisi larutan & rapat arus terhadap effisiensi dari larutan plating seng sianida. (a) Pengaruh dari rasio NaCN/Zn. 60 g/L (8 oz/gal) Zn (CN); 17.5 sampai 43.7 g/L (2.33 sampai 5.82 oz/gal) NaCN; 75.2 g/L (10 oz/gal) NaOH; Rasio 2.0-sampai-1 sampai 2.75-sampai-1 Rasio dari NaCN terhadap seng. Temperatur: 30 C (86 F). (b) Pengaruh konsentrasi logam seng. 60.1, 75.2, dan 90.2 g/L (8, 10, dan 12 oz/gal) Zn (CN); 43.7, 54.6, dan 65.5 g/L (5.82, 7.27, dan 8.72 oz/gal) NaCN; 75.2 g/L (10 oz/gal) NaOH; 2.75-sampai-1 rasio dari NaCN terhadap seng. Temperatur: 30 C (86 F). (c) Pengaruh dari konsentrasi NaOH. 60.1 g/L (8 oz/gal) Zn(CN); 43.6 g/L (5.8 oz/gal) NaCN; 150.4 dan 75.2 g/L (20 and 10 oz/gal) NaOH; 2.75-sampai-1 rasio dari NaCN terhadap seng. Temperatur: 30 C (86 F) Teknik Metalurgi-UNJANI 18 19. Larutan Asam Larutan seng asam berbasis pada seng klorid yang saat ini 40 sampai 50% dipergunakan di seluruh dunia. Komposisi dan parameter proses dari larutan seng Asam ditunjukkan pada tabel 5. keuntungan dari jenis larutan ini adalah: Merupakan satu-satunya larutan seng yang memiliki kemampuan untuk menghasilkan lapisan dengan tingkat kecerahan cukup baik dan paling brilian. Dapat diterapkan pada jenis bahan besi cor, besi malleable, dan komponen yang di-carbonitrided, yang akan cukup sulit atau mustahil dilakukan dengan menggunakan larutan alkalin. Mempunyai konduktivitas yang jauh lebih tinggi dibandingkan larutan alkalin, sehingga lebih effisien. Efisiensi larutan mencapai 95 sampai 98%, secara normal jauh lebih tinggi dibandingkan larutan sianida atau proses alkalin, terutama pada kerapatan arus yang lebih tinggi, seperti diperlihatkan pada Gambar. 5. Penggetasan hidrogen lebih rendah dibandingkan dengan jenis larutan seng lainnya, karena efisiensi arusnya relatif tinggi. Prosedur-prosedur penanganan limbahnya lebih rendah, hanya terutama pada netralisasi pada pH 8.5 sampai 9, dan pegendapan logam seng jika diperlukan. Pengaruh negatif dari larutani asam chloride adalah larutan asam klorid adalah bersifat korosif. Semua peralatan yang berhubungan dengan larutan, seperti tangki/tank dan lainnya, harus dilapisi dengan bahan anti-karat. Teknik MetalurgiUNJANI 19 20. Tabel 5 Komposisi & parameter operasi dari larutan seng asam chloride Teknik Metalurgi-UNJANI 20

21. (a) Carrier and primary brighteners for acid chloride are proprietary, and exact recommendations of manufacturer should be followed. Values given are representative. Teknik Metalurgi-UNJANI 21 22. Gambar. 5 Perbandingan effisiensi arus dari larutan plating seng Teknik Metalurgi-UNJANI 22 23. Sejumlah larutan seng berbasis seng sulfate dan seng fluoborate banyak digunakan terutama untuk proses pelapisan seng produksi tinggi, pelapisan kontinyu dari kawat dan batang. Tabel 6 memperlihatkan komposisi dan kondisi operasi dari beberapa larutan seng fluoborate dan sulfate. Tabel 6 Komposisi dan parameter operasi dari larutan Seng Fluoborate dan sulfate (a) At room temperature; 3.5 to 4 pH; at 20 to 60 A/dm2 (200 to 600 A/ft2). (b) At 30 to 52 C (85 to 125 F); 3 to 4 pH; at 10 to 60 A/dm2 (100 to 600 A/ft2). (c) As needed Teknik Metalurgi-UNJANI 23 24. Parameter : Pengadukkan (agitasi), direkomendasikan dalam pemakaian larutan asam klorid untuk mencapai kerapatan arus operasi yang praktis. Sirkulasi larutan, direkomendasikan dalam proses pelapisan sistim barrel. Pada sistim rak, sirkulasi larutan biasanya terpenuhi oleh adanya filter. Pengadukkan ini dapat dilakukan melalui tiupan udara. Teknik Metalurgi-UNJANI 24 25. Pengontrolan Temperatur dalam larutan asam cukup diperlukan dibandingkan dalam larutan seng sianida, sehingga pendinginan harus disediakan untuk mempertahankan temperatur larutannya tetap sesuai dengan rekomendasi, yaitu biasanya 35 C (95 F). Mengoperasikan larutan asam klorid di atas temperatur yang direkomendasikan dapat menyebabkan kecerahan lapisannya menjadi rendah. Ketika larutan asam mencapai temperatur yang cukup panas, maka aditip perlu segera dalam larutan untuk menghindari perubahan larutan seperti susu atau berawan yang menyebabkan ketidakseimbangan larutan. Sebaliknya, temperatur rendah, biasanya di bawah 21 C (70 F), menyebabkan larutan meng-kristal dan menyebabkan aditip organik memisahkan diri ke luar dari larutan. Teknik Metalurgi-UNJANI 25 26. Effisiensi Arus Katoda. Larutan seng asam klorid menghasilkan efisiensi arus katode yang tinggi seperti diperlihatkan pada Gambar. 5, efisiensi arus katode rata-rata untuk larutan ini adalah kira-kira 95 sampai 98%. Tidak ada larutan seng lainnya yang benar-benar berefisiensi tinggi pada kerapatan arus tinggi yang dapat meningkatkan produktivitas 15 sampai 50%, di atas itu dapat diperoleh dengan larutan sianida. Dalam sistim barrel, beban arus bisa berlipat ganda. Teknik Metalurgi-UNJANI 26 27. Pengontrolan pH pada larutan seng asam biasanya dimonitor sehari-hari. Metoda Elektrometris adalah dengan menggunakan kertas pengujian. pH diturunkan dengan penambahan larutan asam hidroklorik; ketika memerlukan, pH ditingkatkan dengan penambahan kalium atau ammonium hidroksida. Teknik Metalurgi-UNJANI 27 28. Pencemaran larutan oleh unsur besi adalah suatu masalah umum pada larutan seng asam klorid. Pencemaran oleh besi biasanya tampak sebagai endapan gelap pada lapisan dengan kerapatan arus tinggi; di/dalam sistim barrel akan tampak sebagai bintik hitam pada lapisan. Penghilangan pengotor besi dalam larutan asam klorid dilakukan dengan cara mengoksidasi besi dengan menambahkan hidrogen

peroksida pada larutan, biasanya kira-kira 10 mL (0.34 fl oz) . 30% peroksida hidrogen harus digunakan untuk setiap 100 L (26.4 gal.) dari larutan. Penurunan konsentrasi peroksida adalah dengan penambahan 4 sampai 5 air. Kalium permanganat dapat digunakan sebagai pengganti peroksida. Endapan besi hidroksida disaring dengan menggunaka filter 15 mikron (0.6 mil) atau filter yang lebih kecil lagi. Teknik Metalurgi-UNJANI 28 29. Tabel 8 Perkiraan umur pakai komponen yang dilapis seng pada berbagai kondisi lingkungan Teknik Metalurgi-UNJANI 29 30. Tabel 9 Applikasi dari plating seng pada ketebalan 7 sampai 13 mikron (0.3 sampai 0.5 mil) (a) Chromated after plating. (b) Chromated after plating; some parts dyed and lacquered. (c) Bright chromated after plating. (d) Chromated, clear or colored, after plating. (e) Dipped in 0.5% HNO3 or chromated after plating Teknik Metalurgi-UNJANI 30

Elektroplating - Document Transcript1. ELEKTROPLATING Elektroplating merupakan salah satu cabang dari ilmu kimia (elektrokimia) yang membahas tentang energi atau arus listrik yang menyebabkan suatu reaksi atau perubahan kimia serta energi listrik yang di hasilkan melalui suatu reaksi kimia, hasil reaksi reaksi pada suhu yang amat tinggi melalui perubahan energi listrik menjadi panas. Dalam elektroplating proses yang terjadi adalah melalui elektroforesis yaitu gerakan partikel koloid dalam medan listrik dengan menghasilkan dua elektrode (suatu penghantar yang dapat berbentuk batangan, kepingan, atau kawat yang digunakan untuk memancarkan atau mengendalikan aliran partikel-partikel yang bermuatan, baik dalam suatu cairan, gas, atau semi konduktor). Yang dialiri arus kearah, koloid bermuatan negatif bergerak kearah anode, sedangkan koloid bermuatan positif ke katode. Proses ini digunakan untuk memisahkan atau penguraian campuran. Setelah koloid itu terpisah atau melapisi anode tersebut sehingga terbentuk lapisan tipis yang biasanya disebut plate. PROSES ELEKTROPLATING 1. Butting Yaitu proses penghalusan permukaan barang yang akan dilapisi. Dalam proses penghalusan tersebut menggunakan emery (amplas) yang berupa kain 120 320 kali putaran. Tetapi tidak semua bahan dilakukan proses ini. 2. Preparasi Yaitu proses inspeksi keseluruhan kondisi barang yang akan di elektroplating. Setelah inspeksi dilakukan, barang yang akan diplating ditempatkan pada rig yang disesuaikan dengan bentuk dan dimensi barang tersebut. 3. Degreding Yaitu prose

pembersihan dari kotoran, minyak, cat, ataupun lemak. Dalam proses pembersihan ini digunakan larutan NaOH (air sabun) sebagai metalcleaner. Alat yang digunakan dalam proses ini adalah bak yang terbuat dari plat seng yang didalamnya berisi larutan NaOH yang dipanaskan selama 30-60 menit, dengan suhu 60-70oC, dengan konsentrasi larutan 20 gr/ liter 100 gr/liter. Bak yang digunakan 150 x 120 x 70 cm. (sebaiknya larutan ini diganti selang 2 bulan sekali). Setelah proses degreding dilakukan pembilasang dengan air. 4. Pickling Setelah dicuci dengan air bersih dari larutan degreding, pada tahap ini barang dicelupkan kedalam larutan pickling yang terbuat dari asam klorida (HCL) 32%, yang berfungsi untuk menghilangkan koral pada permukaan barang. Proses ini dilakukan selama 3-5 menit (Penggantian larutan ini sebaiknya dilakukan selama 1 bulan sekali). Setelah itu dibilas dengan air sebanyak tiga kali disetiap tempat yang berbeda. 5. Etching Yaitu proses pembukaan pori-pori dengan menggunakan larutan asam sulfat (H2SO410%) yang digunakan untuk mempercepat proses pelapisan nickel crhome. Proses ini dilakukan selama 3-5 menit. Setelah itu dibilas dengan pengaliran air di 3 tempat. 2. 6. Nickel Plating Yaitu proses pelapisan logam dengan menggunakan logam nickel sebagai pelapisnya. Tujuannya adalah untuk melindungi logam dasar dari serangan korosi. Larutan elektrolit (bahan) yang sering dipakai adalah larutan nickel sulfat. Benda yang akan dilapisi dicelupkan dalam larutan elektrolit selama kurang lebih 15 menit pada temperatut 55-65 o C Komposisi dan kondisi kerja : Komposisi Larutan : 1. Nickel Sulfate 280 gr/ltr 2. Nickel Chloride 50 gr/ltr 3. Boric Acid 40 gr/ltr 4. Nickstar 31 20 ml/ltr 5. Nickstar 32 1 ml/ltr Kondisi Kerja : - Ph 4,2 - Rapat Arus 4 A/dm2 - Temperature 45-46 oC Dalam proses Nickel Plating ini digunakan mesing yang berkapasitas tegangan 6 Volt dalam arus 300 Ampere. Setelah proses ini dilakukan pembilasan dengan air yang mengalir dalam 3 tabung pencelupan. 7. Chrome Plating Yaitu proses finishing pada proses elektroplating Nickel. Fungsinya sebagai usaha untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi, aus dan anti gores, serta untuk meningkatkan aspek dekoratif terhadap benda yang dihasilkan sehingga menjadi mengkilat dan halus permukaannya. Pencelupan dilakukan selama + 15 60 menit pada temperature 40-55 oC dalam larutan chromic acid. Komposisi Larutan : 1. Chromic Acid 80 gr/ltr 2. Sulfonic Acid 1 gr/ltr 3. Asam Chlorid N6X 20 gr/ltr Kondisi Kerja : Temperatur 40,5 oC - Rapat Arus 15 A/menit Dalam hal ini mengalami proses elektrofolesis dengan elektrodanya yaitu barang (metal) yang dicelup itu sendiri. 8. Drying Yaitu proses pengeringan dari proses chromeplating. Dalam proses ini terdiri dari 2 cara : 1. Dengan media pencelupan air panas 60 oC (Suhu), hanya sebentar saja untuk pembersihan. 3. 2. Dengan menganealling (mengoven) barang yang sudah dilapisi, proses ini digunakan untuk menghilangkan air bekas chromeplating, dilakukan selama 20 menit dengan suhu 60 oC HASIL ELEKTROPLATING Barang yang dihasilkan pada elektroplating tergantung dari kondisi udara, ketebalan lapisan pelindung dan lokasi akhir konstruksi yang memiliki jangka panjang waktu yang berbeda pada perlindungan terhadap korosif. Ketebalan lapisan hasil elektroplating nickelchrome berkisar antara 10-15 mikron. Jika pada lapisan tersebut mengalami abrasi pada lokasi akhir mencapai 1 mikron pertahun maka dengan ketebalan rata-

rata 12 mikron, secara sederhana dapat disimpulkan bahwa untuk jangka waktu sampai dengan waktu 10 tahun, konstruksi yang diberikan lapisan pelindung nickelchrome akan terbebas dari korosi. Dalam proses elektroplating tersebut tidak terbebas dari rej