DEA O, N SULISTIJO Ir. -...
Transcript of DEA O, N SULISTIJO Ir. -...
PENGENALAN KOROSI
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI FTI‐ITS
NO, D
EASU
LISTIJON
Prof. D
r. Ir.
INTRODUKSIDefinisi : perusakan, penurunan mutu
material (logam) akibat terjadinya reaksi dengan lingkungannya.g g y
NO, D
EASU
LISTIJON
Prof. D
r. Ir.
Korosi adalah suatu pokok bahasan yang menyangkut berbagai disiplin ilmu seperti : fisika, kimia, metalurgi, elektrokimia,
l k k
p p gperekayasaan dan thermodinamika.
elektrokimia Rekayasa
Ketahanan korosiFisika, Kimia Metalurgigi
NO, D
EA
Thermodinamika
SULISTIJON
Prof. D
r. Ir.
Klasifikasi menurut mekanisme terjadinya:
• Korosi temperatur rendah (low temperature corrosion/wet corrosion/electrochemical corrosion)Reaksi ElektrokimiaReaksi Elektrokimiamis: korosi di media yang mengandung uap air atau air atau di media elektrolit
• Korosi temperatur tinggi (high temperature corrosion/dry / /p gg ( g p / y
corrosion/chemical corrosion/ oxidation)Reaksi Kimiamis: korosi pada ruang bakar, sudu turbin gas
NO, D
EASU
LISTIJON
Prof. D
r. Ir.
Unit Satuan LAJU KOROSI1. Pengurangan berat = g atau mg1. Pengurangan berat g atau mg2. Berat/satuan luas permukaan logam = mg/mm2
3. Berat perluas perwaktu : mg/dm2.day (mdd), g/dm2.day, g/cm2 hour g/m2 h moles/cm2 hg/cm .hour, g/m .h, moles/cm .h
4. Dalam penetrasi per waktu : inch/year, inch/mounth, mm/year, miles/year (mpy), 1 mils = 1 milli inch = 0,001 inchinch
Ekspresi satuan mpy (miles/year) bisa dihitung dengan rumusEkspresi satuan mpy (miles/year) bisa dihitung dengan rumus
mpy = 534 W/DAT
i b hil NO, D
EA
Dimana : W = berat yang hilang, mg
D = density benda uji korosi (g/cm3)
SULISTIJON
A = luas permukaan , in2
T = waktu, hour Prof. D
r. Ir.
Laju Korosi = massa/waktu= density. Vol/waktu
/= density.tebal.luas/waktu
density.tebal.luas/waktu = Massa/waktu
T b l/ kt M /d it l ktTebal/waktu = Massa/density.luas.waktu
(mpy) = (534)(mg)/(gr/cm3). (in2).(hour)
NO, D
EASU
LISTIJON
Prof. D
r. Ir.
Cara menghitung laju korosi (LK)
1. Siapkan beberapa coupon dari bahan yang akan diukur LK nyaLK nya
2. Ukur dimensi masing2 coupon, timbang masing2 coupon3. Masukkan coupon dalam media elektrolit selama waktu
t b b dt yang berbeda4. Lakukan kembali langkah 2 5. Plot dalam grafik selisih berat/luas vs waktu.6. Dengan rumus persamaan umum garis (Dm/Ao)n = k.t
hitunglah harga n dan k.7 Harga n dan k dicari dengan melinierisasikan persamaan N
O, D
EA
7. Harga n dan k dicari dengan melinierisasikan persamaan umum secara logarithmik.
8. n menunjukkan derajat (power) dari persamaan dan k j kk k t t l j k i (LK) kili
SULISTIJON
menunjukkan konstanta laju korosi (LK) yang mewakili kurva (persamaan garis).
Prof. D
r. Ir.
Spesimen diambil
Si k b b
psatu demi satu dengan waktu celup yang
Siapkan beberapa spesimenUkur luas permukaan A dan
Masukkan semua spesimen dalam elektrolit
berbeda, lalu ditimbang
permukaan A0 dan massa m0
elektrolit
Dibuat grafik Dm/A0 sebagai fungsi t
t1 m1 Dm1 = m0‐m1 Dm1/A0t2 m2 Dm2 = m0‐m2 Dm2/A0t3 m3 Dm3 = m0‐m3 Dm3/A0
fungsi t( Dm/A0 vs t )
NO, D
EA
3 3 3 0 3 3/ 0t4 m4 Dm4 = m0‐m4 Dm4/A0t5 m5 Dm5 = m0‐m5 Dm5/A0t6 m6 Dm6 = m0‐m6 Dm6/A0 SU
LISTIJON
Dst..dst..dst..t
Prof. D
r. Ir.
Dari rumus (Dm/Ao)n = k.t yang dikalikan dengan log, diperoleh :n. log (Dm/Ao) = log k + log t
( /A ) (1/ ) l t (1/ ) l klog (Dm/Ao) = (1/n) log t + (1/n) log k Persamaan diatas adalah persamaan garis lurus y = mx + cDimana : y = log (Dm/Ao) o
m = (1/n)x = log tc = (1/n) log kc = (1/n) log k
Semua data (Dm/Ao) dan t yang ada dijadikan log (Dm/Ao) dan log t
Lalu dibuat grafiknya : g y
m = (1/n) n diperoleh
NO, D
EA
c = (1/n) log k, n sudah diperoleh dan SU
LISTIJON
Log tk bisa dicari
k adalah konstanta laju korosi kurva lengkung Prof. D
r. Ir.
Metode untuk mempelajari korosiMetode untuk mempelajari korosi
1. Theori klasik : theory elektrokimia
2. Theory modern : prinsip thermodinamika2. Theory modern : prinsip thermodinamika
Pemilihan bahan
pemilihan bahan yang tepat akan mengoptimumkan hambatan terhadap korosi dan sangat mengurangi biaya perawatan yang dibutuhkan selama masa pakai dari NO, D
EA
perawatan yang dibutuhkan selama masa pakai dari komponen tersebut.
SULISTIJON
Prof. D
r. Ir.
Biaya Perawatan
bi
Biaya Perawatan
Biaya awal rendah pera atan tinggi
biaya
perawatan tinggi
Biaya awal tinggi t d hperawatan rendah
NO, D
EASU
LISTIJON
waktu
Prof. D
r. Ir.
Theory Klasik y
(Prinsip Elektrokimia)
KOROSI BASAH
Th M dTheory Modern
(Prinsip Thermodinamika) N
O, D
EA
Thermodinamika)
SULISTIJON
Prof. D
r. Ir.
Theory Klasik Katoda
Anoda
Elektrokimi
Reaksi Elektrokimia
Anoda
Elektrolit
Kontak PasivasiElektrokimia
Kontak
Polarisasi Pol. aktivasi
P l K t i
Pasivasi
Tiga aspek peninjauan korosi Lingkungan
Pol. Konsentrasi
Oksigen/ oxidizer
agitasi (pengadukan)(elektrolite)
agitasi (pengadukan)
Temperatur, bakteri, konsentrasi, pasangan galvanic,
l k li k i i NO, D
EA
Metalurgy (logam)
pH, elektrolite, komposisi
Kondisi permukaan, struktur, impurities batas butir kristal SU
LISTIJON
(logam) impurities, batas butir kristal dual phases
Prof. D
r. Ir.
ASPEK ELEKTROKIMIA
1. REAKSI ELEKTROKIMIA2. PASIVASI3 POLARISASI3. POLARISASI
NO, D
EASU
LISTIJON
Prof. D
r. Ir.
Struktur LogamStruktur LogamAtom terdiri dari inti dan awan elektron.
eInti bermuatan positip dan awan elektron bermuatan negatif. Besar muatan + dan –adalah sama Sehingga atom
P+N
adalah sama. Sehingga atom tidak bermuatan (netral)
Pada inti terdapat proton yang bermuatan positip dan netron yang tidak bermuatanPada inti terdapat proton yang bermuatan positip dan netron yang tidak bermuatan
Reaksi Elektrokimia• Anoda : melepaskan elektron (terkorosi).
reaksinya M Mn++ne‐
• Katoda : menerima elektronreaksinya ada beberapa kemungkinan‐ Evolusi Hidrogen : 2 H+ + 2e‐ H2
‐ Reduksi Oksigen (diudara) :O2 + 2e‐ O2‐
‐ Redusi Oksigen (asam) : O2 + 4 H+ + 4e‐ 2H2O‐ Redusi Oksigen (basa dan netral) : O2 + 2H2O + 4e‐ 4 OH‐
‐ Redusi Logam : M3+ + e‐ M2+
‐ Proses Pengendapan :M+ + e‐ Mo
Contoh : besi dalam larutan asam
NO, D
EA
Fe + 2 HCl FeCl2 + H2
Fe Fe2+ + 2e‐ (oksidasi)oksidasi
reduksi SULISTIJON
( )2H+ + 2e‐ H2 (reduksi)
reduksi
Prof. D
r. Ir.
ELEKTRODA
Anoda (terkorosi) Potensial anoda lebih rendah d/p Pot. k d
Katoda (terproteksi/tak terkorosi)
katoda
1 . Anoda
Korosi akan terjadi bila ada 4 komponen
Ada beda potensial 4
1 2
2 . Katoda
3. Elektrolit
antara anoda dan katoda
NO, D
EA
1 2 Elektrolit 4 . Kontak Metalik
3
SULISTIJON
Prof. D
r. Ir.
Arus listrik mengalir dari elektrode dgn Pot. Tinggi (Katode) menuju elektrode dgn Pot. Rendah (anode).
Sedangkan arus elektron e‐ mengalir dari elektrode dgn Pot. Rendah (Anode) menuju elektrode dgn Pot. Tinggi (Katode).
4 ie ‐
ie ‐
1 2
NO, D
EA
3
SULISTIJON
3
Prof. D
r. Ir.
Karena anode terpaksa mengalirkan elektronnya via kontak metalik ke
Apa yang terjadi di Anoda ??
p g ykatode, maka agar tidak kelebihan muatan positip, anode terpaksa jugamelepaskan proton (ion +) nya yang bermassa ke elektrolit. Ion positiptsb.(M+) bereaksi dengan ion negatip dari elektrolit (X‐) membentuk
4
endapan yang melekat di anode sebagai karat (MX) atau mengendapdielektrolit. Anoda berkurang massanya (terkorosi)
ie ‐
ie ‐
1 2
NO, D
EA
3
M+
X‐ SULISTIJON
3 X
Prof. D
r. Ir.
Karena katode menerima elektronnya dari anode, maka pada permukaan
Apa yang terjadi di Katoda ??
y , p pkatode terjadi reaksi katodik, dimana elektron akan berada dipermukaankatode dan bereaksi dengan ion positip dari elektrolit misalnya H+
membentuk molekul H2 yang berupa gelembung gas. Dengan demikian
4
katode terproteksi
ie ‐
ie ‐
1 2
NO, D
EA
3
M+
X‐ H+ SULISTIJON
3 X
Prof. D
r. Ir.
Bagaimana reaksi di Anode dan di Katoda ??Misalnya Anoda Besi (Fe) dan katode Emas (Au) dilingkungan air (H2O)Misalnya Anoda Besi (Fe) dan katode Emas (Au) dilingkungan air (H2O)
ie ‐
ie ‐
NO, D
EA
Fe++
OH‐ H+ SULISTIJON
OH
Prof. D
r. Ir.
Reaksi di Anode : R. Oksidasi, membuang elektronM M+ + ne ‐
Untuk besi : Fe Fe 2+ + 2 e –
Reaksi di Katode : R. Reduksi, mengkonsumsi elektronAda beberapa kemungkinan reaksi yang bisa terjadi M+ M ( d )• M+ + ne ‐ M (mengendap)
• Pembentukan gas H2 : 2H+ + 2e ‐ H2• Reduksi Oksigen (asam) : O2 + 4H + +4e ‐ 2H2O• Reduksi Oksigen (basa/netral) : O2+ 2H2O+4e ‐ 4OH‐g ( / ) 2 2• Reduksi ion logam : Fe3+ + e Fe2+
NO, D
EASU
LISTIJON
Prof. D
r. Ir.
A = B = logam A A d
O2
A B A Byang sama A = Anoda
K = Katoda
PE > PEPEB > PEA
1 2
DEA
O2 O2
LISTIJONO, D
A B A BA = Katoda
B = Anoda
of. D
r. Ir. SUL
PEA > PEB
A = Katoda ; B = Anoda 3 4
Pro
B terdesolusi (terkorosi) bila waktu diperpanjang
A B
Elektrolit C Elektrolit D
Sekat berpori
NO, D
EA
Logam A = B, dimasukkan dalam elektrolit yang berbeda yaituElektrolit C dan D yang dipisahkan oleh sekat berpori.Bila A dan B dihubungkan akan terjadi beda potensial karena SU
LISTIJON
Bila A dan B dihubungkan akan terjadi beda potensial karenadicelup dalam larutan yang berbeda (sel elektrokimia)
Prof. D
r. Ir.
Rangkuman :
• Arus listrik i akan mengalir dari elektrode satu ke yang lain karena adanya beda potensial antar kedua elektrode.p
• Beda potensial bisa disebabkan oleh :1. Sel Galvanik2. Sel Aerasi Diferensial3 Sel Elektrokimia3. Sel Elektrokimia
NO, D
EASU
LISTIJON
Prof. D
r. Ir.
•Aliran arus listrik (i) berlawanan dengan arah aliran elektron.
•Logam dengan PE (Potensial Elektroda) yang lebih rendah terhadap k b b i “ d ” (t k i) PE l bih ti ipasangannya akan berperan sebagai “anoda” (terkorosi), yang PE nya lebih tinggi
sebagai “katode”(terproteksi).
•Anoda mengeluarkan e‐ sehingga kelebihan muatan (+). Agar logam (anoda) b d d l k di i i b k t (+) b i M+ dil kberada dalam kondisi seimbang maka muatan (+) berupa ion M+ dilepaskan didalam elektrolit.
NO, D
EASU
LISTIJON
Prof. D
r. Ir.
Problem Sebuah lempeng logam “terkorosi” didalam elektrolit, tentukan katoda dan anodanya
‐0,44 VoltTerkorosi
,
0 47 V lt
‐ Anoda‐
‐0,47 Volt
NO, D
EA
+ Katoda+
++
‐‐
‐
‐0 41 Volt SULISTIJON
0,41 Volt
Prof. D
r. Ir.
Polarisasi Penyimpangan laju reaksi elektrokimia (perubahan potensial elektroda) dari
kondisi keseimbangannyakondisi keseimbangannya.
2 type polarisasi1. Polarisasi Aktivasi spesies aktif tinggi, tidak ada pengaruh agitasi
2. Polarisasi Konsentrasi difusi
NO, D
EASU
LISTIJON
Prof. D
r. Ir.
Polarisasi AktivasiAktivasi(Pekat)
Polarisasi
NO, D
EA
Konsentrasi(Encer)
SULISTIJON
Prof. D
r. Ir.
Pasivasi :Pasivasi :Hilangnya reaksi korosi akibat terbentuknya lapisan pasif pada permukaan logampada permukaan logam.
Pasivasi hanya terjadi pada logam tertentu (Cr, Ni, Al, Ti, Zr )dan pada media tertentu saja)dan pada media tertentu saja.
Logam pasif
Lapisan pasif
NO, D
EA
Logam Logam aktif
SULISTIJON
Prof. D
r. Ir.
ASPEK LINGKUNGAN
•Oksigen/ oxidizer•Agitasi (pengadukan)•Temperatur, •Bakteri•Bakteri, •Konsentrasi, •Pasangan galvanic, •pH, •Komposisi
OKSIGEN / OXIDIXER
1 2 3
1 C d l H SO OPenambahan Oksigen/oxidizer
1. Cu dalam H2SO4 + O2
Fe dalam H2SO4 + O2
1 2 18 Cr 8Ni dalam H SO + Fe3+ JONO, D
EA
1 – 2 18 Cr – 8Ni dalam H2SO4 + Fe3
Ti dalam HCl + Cu2+
2 18 Cr – 8Ni dalam HNO3 r. Ir. SULISTIJ
2 18 Cr 8Ni dalam HNO3
Hastelloy C dalam FeCl3
2 – 3 18 Cr – 8Ni dalam HNO3+ Cr2O3
Prof. D
r
3 2 3
1 – 2 – 3 18 Cr – 8Ni dalam H2SO4 (P) + HNO3(P)
AerasiAerasi
• Lingkungan dengan sirkulasi oksigen yangLingkungan dengan sirkulasi oksigen yang berbeda akan memberikan laju korosi yang berbeda terhadap logamberbeda terhadap logam.
• Sirkulasi Oksigen yang bagus akan cenderung mendorong reaksi katodik dan sebaliknyamendorong reaksi katodik dan sebaliknya daerah stagnant akan mendorong reaksi anodik (korosi) seprti ruang pengap celah N
O, D
EA
anodik (korosi), seprti ruang pengap, celah sempit,dll.
SULISTIJON
Prof. D
r. Ir.
Agitasi /AliranAgitasi /Aliran
Pb dalam H2SO4Fe dalam H2SO4 (p)
Fe dalam HClSS dalam H2SO4
1: Fe dalam H2O+ O2
1 2
NO, D
EA
2 21‐2 : SS dlm H2SO4 + Fe3+
Agitasi/aliran/pengadukan SULISTIJON
Agitasi/aliran/pengadukan
Prof. D
r. Ir.
TemperaturTemperatur
dlSS dlm H2SO4Ni dlm HClFe dlm HF temp tinggi
SS dlm H2NO3SS dlm H2NO3Ni dlm NaOH
NO, D
EA
Temperatur SULISTIJON
Temperatur
Prof. D
r. Ir.
Konsentrasi
A
B1
2
Konsentrasi
B
• A : 1 Ni dalam NaOH
SS dalam HNO3
H t ll B d l HCl NO, D
EA
Hastelloy B dalam HCl
1 – 2 Pb dalam H2SO4
B : Al dalam HNO3 SULISTIJON
SS dalam H2SO4
Fe dalam H2SO4
Prof. D
r. Ir.
pH H‐OH OH ‐H +p1 asam 7 netral 14 basa
NO, D
EASU
LISTIJON
Prof. D
r. Ir.
Bakteri • Bukan bakteri yang memakan logam
SO42‐ S2‐ (bakteri)
B kt i k lf t d l k d l b t k• Bakteri yang memakan sulfat dan mengeluarkannya dalam bentuk reduksi sulfat seperti H2S, H2S (korosif) bereaksi dengan Fe FeS (hitam)
F + H S F S + HFe + H2S FeS + H2
• Pengujian
FeS + HCl FeCl2+ H2S (tercium bau busuk)• Anaerob, sehingga bisa hidup dibawah kerak, deposit, shine dll.
a NO, D
EA
a
b
c
d SULISTIJON
b
e
Prof. D
r. Ir.
Komposisi ElektrolitKomposisi ElektrolitAdanya bahan pengotor pada elektrolit:
CO2,; SO2 ; SO3 ; H2S menurunkan pH asam korosif
BEDA POTENSIAL MEDIA / GALVANIKBEDA POTENSIAL MEDIA / GALVANIK
Tanah A Tanah B
NO, D
EA
Anodik Katodik PE > PE SU
LISTIJON
PEA > PEB
Prof. D
r. Ir.
Aspek Metalurgi(L )(Logam)
Struktur / sistem kristalStruktur / sistem kristal
KomposisiOksida Kromium
NO, D
EA
-Dual Phases
-Impurities SULISTIJON
p
-Kadar Cr dan Al didalam baja
Prof. D
r. Ir.
1. Grain
Grain
GB ‐ Terkorosi
Pot GB>Grain
Impurities
Pot A> pot B
2. Impurities Elemen basis B
Impurities
NO, D
EA
3. Dual PhaseA = Cu
SULISTIJON
B = Zn
Prof. D
r. Ir.
K di i P kKondisi Permukaan :
Permukaan logam yang tidak rata menyebabkan erosi bila ada aliran l derosi bila ada aliran. Fluida Erosi
deposit
Ceruk
NO, D
EA
Kebersihan permukaan, ada/tidaknya lapisan tipis dan zat asing dapat memberikan pengaruh kuat terhadap inisiasi dan kecepatan korosi.
SULISTIJON
Prof. D
r. Ir.
Pengaruh Unsur Paduan Didalam Logam FerrousFerrous
• Se, Cu, Zr, Te, P : meningkatkan machinability.• Mo : mempengaruhi passivityMo : mempengaruhi passivity• W : tidak berpengaruh terhadap korosi, memperbaiki sifat mekanik
pada temperatur rendah dan tinggi.• Mn : elemen penstabil austenit, pada pemberian beban impak akan p , p p p
menaikkan sifat mekaniknya.• Ni : penstabil austenite, memperbaiki sifat mekanik pada
temperatur tinggi.• Cu : meningkatkan pengaruh Ni.• Ti, Nb : mencegah presipitasi karbida.• Co : pengaruhnya seperti Ni dan untuk prothese.
NO, D
EA
• Si : menghambat aksi oksigen/gas oksidator pada temperatur tinggi dan jika >3,5% menghambat korosi general/intergranular.
• B : kadar sangat rendah menaikkan sifat mekanik pada temperatur ti i
SULISTIJON
tinggi• Cr : penstabil ferrite, menaikkan ketahanan korosi• Al : menaikkan ketahanan korosi pd temperatur tinggi Pr
of. D
r. Ir.