A. Pelapisan dengan Cat

Cat digunakan untuk melindungi dan memberikan warna pada suatu objek atau

permukaan dengan melapisinya dengan lapisan berpigmen. Cat dapat digunakan pada

hampir semua jenis objek, antara lain untuk menghasilkan karya seni (lukisan), salutan

dalam industri (industrial coating), dan aplikasi yang lain. Cat adalah campuran bahan

padat tak tembus cahaya dalam medium cair transparan yang apabila diaplikasikan pada

suatu permukaan akan membentuk lapisan film yang keras dan kuat setelah kering.

Sedangkan, Pelapisan (Coating) adalah proses untuk melapisi suatu bahan dasar

(substrate) yang bertujuan untuk melindungi material dari korosi dan memberi

perlindungan pada material tersebut. Bahan baku cat umumnya terdiri atas 4

komponen/penyusun, yaitu

1.Pengikat (Binder)

Binder berfungsi sebagai pengikat antar komponen coating dan juga bertanggung jawab

terhadap gaya adhesi coating terhadap substrat, menahan pigmen di posisinya masing-

masing, dan menjadi penghalang yang membatasi masuknya air, oksigen, dan ion-ion

agresif ke permukaan logam. Contoh binder adalah alkyd, vinyl, resin alam, epoxy dan

urethane. Hal yang harus dipahami dari binder adalah viskositas. Viskositas binder sangat

menentukan viskositas coating. Coating harus mempunyai viskositas cukup rendah untuk

bisa digunakan dengan peralatan pengecatan sederhana (brush,roller atau spray) serta

memiliki viskositas cukup tinggi sehingga tidak menetes.

Faktor utama yang menentukan viskositas binder adalah berat molekularnya. Polimer

yang mempunyai berat molekul tinggi akan lebih viskous daripada dengan berat molekul

rendah. Ada dua cara untuk mengontrol viskositas suatu coating, yaitu dengan

memvariasi berat molekul binder atau dengan menambahkan sejumlah solven

2. Zat Pewarna (Pigmen)

Zat pewarna (Pigmen) merupakan pemberi warna dari coating. Selain berfungsi dalam hal

estetika, zat pewarna (pigmen) juga memiliki 2 peran penting. Pertama, dalam lapisan

primer pigmen mengendalikan proses korosi pada permukaan logam. Kedua, pada lapisan

atas, pigmen-pigmen yang lembam menambah panjang lintasan difusi yang harus

ditempuh oleh oksigen dan butir-butir air yang mencoba menembus selaput, sehingga

menunda proses korosi dan memperlambat laju reaksinya. Contoh pigmen adalah besi

oksida, garam kromat, garam timbal, bubuk seng (pigmen metalik anodik), dll

3. Solven

Solven berfungsi untuk melarutkan pengikat (binder) dan memodifikasi viskositas. Hal

penting yang harus diperhatikan dalam penentuan solven adalah kemampuannya dalam

melarutkan binder dan komponen coating yang lain. Prinsip kelarutan sangatlah

sederhana, yaitu like dissolves like, artinya solven polar akan melarutkan senyawa yang

polar juga. Selain itu laju penguapan solven juga perlu diperhatikan. Solven yang

mempunyai tekanan uap tinggi sehingga menguap dengan cepat disebut fast atau hot

solvent, sedangkan yang lambat disebut slow solvent. Laju penguapan mempengaruhi

sifat-sifat coating dan beberapa cacat dapat disebabkan karena ketidak cocokan dalam

pemilihan solven. Jika solven menguap terlalu cepat, coating tidak cukup waktu untuk

membentuk lapisan halus dan kontinu.

4. Aditif

Aditif adalah senyawa-senyawa kimia yang biasanya ditambahkan dalam jumlah sedikit,

namun sangat mempengaruhi sifat-sifat pelapisan. Bahan-bahan yang termasuk aditif

adalah surfaktan, alat anti endapan (anti-settling agent), alat pencampur (coalescing

agents), alat tahan pengulitan (anti-skinning agents), katalis, defoamers, penyerapan

cahaya ultraviolet (ultraviolet light absorbers), alat dispersi, bahan pengawet

(preservatives), pengering (driers) dan plastisizers.

Menurut literatur, jenis cat dibagi menjadi cat 1 komponen atau 2 komponen. Cat 1

komponen hanya terdiri atas cat, contohnya cat akrilat, cat nitroselulosa, dan cat alkyd.

Sementara cat 2 komponen terdiri atas cat dan bahan pengeras (hardener), contohnya cat

poliuretan dan cat epoksi. Berikut ini merupakan penjelasan tentang cat akrilat, cat alkyd,

cat poliuretan, bahan pengeras, cat primer pra-fabrikasi, dan cat primer pra-perlakuan.

1. Cat Akrilat

Cat akrilat merupakan suspensi polimer akrilat yang mengandung pigmen. Cat ini

di antaranya berfungsi sebagai pengemulsi, pelekat, dan pengilau.

2. Cat Alkyd

Cat alkyd banyak dipakai dalam dunia industri. Bahan dasarnya adalah poliester.

Komposisi cat alkyd biasanya terdiri dari etilena glikol, minyak rami, dan

anhidrida ftalat. Cat ini mengering melalui polimerisasi oksidatif oleh minyak,

sehingga cat ini memiliki kandungan minyak yang tinggi, sekitar 65 persen.

3. Cat Poliuretan

Poliuretan termasuk kelompok polimer reaktif, seperti halnya epoksi, poliester

tak jenuh, dan fenol. Lapisan poliuretan memiliki tingkat ketahanan yang sangat

baik terhadap abrasi dan gangguan pelarut. Lapisan cat poliuretan dapat

diaplikasikan dengan cara pencelupan, penyemprotan, atau menggunakan kuas.

Lapisan poliuretan dapat melekat dengan baik pada hampir semua jenis bahan.

Cat poliuretan tergolong cat 2 komponen, artinya aplikasinya memerlukan

tambahan bahan pengeras. Cat jenis ini tersedia dalam bentuk cat yang dilapisi

oleh lapisan pengilau (clear coat) dan cat padat, dapat kering pada kondisi suhu

ruang, dan memiliki kualitas daya lekat yang sama baiknya dengan cat akrilat.

4. Bahan Pengeras

Bahan pengeras ditambahkan pada cat untuk mengatur terjadinya proses

polimerisasi cat (curing) dan mengatur tingkat kekerasan lapisan cat. Bahan

pengeras ini bertindak sebagai pembentuk rantai ikatan polimer (crosslinking

agent) yang akan menghasilkan lapisan film yang tidak dapat dilarutkan kembali

(termoseting) yang tahan terhadap goresan dan tahan terhadap solvent.

5. Cat primer pra-fabrikasi

Cat ini biasa dipakai untuk membersihkan, membebaskan baja dari karat dan

untuk melindungi material selama tahapan fabrikasi. Cat primer ini biasanya

terdiri dari bubuk seng atau oksida merah dengan resin epoxy sebagai pengikat.

6. Cat primer pra-perlakuan

Cat ini digunakan untuk menyiapkan permukaan logam agar memiliki sifat

adhesi yang baik, sehingga dapat menambah kinerja dari cat akhir. Perlindungan

terhadap korosi yang diberikan oleh cat ini terbatas, sehingga diperlukan

pelapisan akhir begitu lapisan primer kering.

Menurut literatur yang saya baca juga, cat itu memiliki 4 sifat yang dapat

mempengaruhi keberhasilan proses coating, diantaranya adalah kemampuan mengering,

kekerasan lapisan cat, viskositas cat, dan sifat adhesive cat.

a. Salah satu sifat penting cat adalah kemampuan mengering. Cat “kering-udara”

akan kering pada suhu ruang, sedangkan cat jenis bakar (stoving) harus

dikeringkan dengan oven pada suhu tertentu. Pengeringan cat yang lazim

dilakukan dalam industri automotif meliputi cara fisika, kimia, dan radiasi.

Pengeringan secara fisika berupa penguapan pelarut dari campuran cat,

contohnya cat nitroselulosa dan alkyd. Cara kimia contohnya adalah pengeringan

melamin dan poliuretan setelah bereaksi dengan bahan pengeras, sedangkan cara

radiasi adalah pengeringan jenis cat ultraviolet (UV) dengan radiasi dari lampu

UV.

b. Lapisan cat setelah kering tidak boleh terlalu keras sebab akan mudah pecah,

tetapi juga tidak boleh terlalu lunak karena akan mudah terkontaminasi.

c. Viskositas cat juga menjadi salah satu faktor yang harus diperhatikan, karena

berpengaruh terhadap kekentalan cat itu sendiri. Viskositas cat saat penyimpanan

harus cukup tinggi untuk mencegah pengendapan partikel - partikel besar

material cat (Bieleman 2000). Sementara viskositas cat pada saat aplikasi harus

disesuaikan dengan standar yang telah ditentukan untuk setiap jenis cat.

Cat tidak boleh terlalu encer atau terlalu kental karena apabila viskositas berada

di luar standar, dapat timbul kecacatan atau masalah dalam pengecatan seperti

lapisan cat menjadi kasar atau menjadi seperti kulit jeruk (orange peel). Adanya

zat terlarut makromolekul akan menaikkan viskositas larutan. Sekalipun pada

konsentrasi rendah, efeknya besar karena memengaruhi aliran fluida pada jarak

yang jauh (Atkins 1999). Oleh karena itu, viskositas pada saat aplikasi penting

untuk diukur.

d. Ketahanan pelapisan (coating) sangat dipengaruhi oleh kemampuan pelapisan

(coating) untuk menempel (sifat adhesive) pada material substrat. Jika daya

adhesive tidak kuat maka selain pelapisan (coating) tidak menempel dengan baik,

hal ini dapat juga memberi kesempatan kepada udara lembab masuk ke celah

antara coating dan substrat yang menyebabkan kontaminasi. Ada beberapa jenis

daya ikatan (adhesive) antara coating dengan material substrat, antara lain:

Daya ikat kimia (chemical bonding adhesion)

Daya ikat kimia merupakan daya ikat yang terjadi antara pelapisan (coating)

dengan material substrat berupa ikatan atom. Contohnya yaitu pada pelapisan

(coating) zinc (seng) untuk melapisi baja, atau yang biasa disebut galvanized

steel. Zinc berikatan dengan baja membentuk paduan intermetalik FeZn. Jenis

ikatan ini adalah ikatan yang paling kuat.

Daya ikat polar (polar adhesion)

Daya ikat polar merupakan daya ikat yang terjadi karena gaya tarik menarik

material polar. Contohnya yaitu pelapisan (coating) organik, yang banyak

mengandung senyawa polar. Jenis ikatan ini tidak akan bekerja dengan baik

apabila terdapat zat pengotor di permukaan substrat seperti kotoran, minyak, air,

dan lain-lain.

Daya ikat mekanik (mechanical adhesion)

Daya Ikat mekanik merupakan daya ikat yang terjadi karena ikatan secara

mekanik (mechanical interlocking). Contohnya yaitu dengan penggunaan

pelapisan (coating) pada permukaan substrat yang kasar, seperti penggunaan sand

blast ataupun bahan abrasive sebelum proses pelapisan. Selain itu bisa juga

penggunaan pelapisan yang akan mengkerut ketika curing sehingga akan

membungkus material substrat dengan baik, seperti epoxy, polyester, dan lain-

lain.

Tahap-tahap Dalam Proses Pengecatan

Beberapa hal yang harus diperhatikan pada proses pengecatan adalah jenis cat,

jenis media yang akan dicat, metode pengecatan, cara preparasi, serta tujuan pengecatan.

Preparasi permukaan media yang akan dicat menjadi penentu kekuatan hasil pengecatan.

Tahapan proses pengecatan logam meliputi preparasi permukaan (surface

preparation), pengecatan dasar (electrodeposition coating), pengecatan lapisan tengah

(surfacer coating), pengampelasan (sanding), dan pengecatan akhir (finish coating).

Beberapa metode pengecatan yang lazim adalah menggunakan alat kuas atau roler,

mengalirkan cat ke media yang akan dicat, pengecatan dengan bantuan arus listrik searah

dengan prinsip elektrolisis (electrodipping), dan penyemprotan atom-atom cat ke arah

benda yang akan dicat.

Permukaan suatu material biasanya belum bisa langsung diberikan pelapis, karena

kualitas permukaan yang rendah serta kemungkinan adanya kotoran dan minyak dapat

mengganggu sifat adhesive dari pelapisan (coating). Preparasi Pre-Coating ini merupakan

faktor terpenting dalam keberhasilan sistem penanggulangan korosi dengan metode

coating, karena tingkat keberhasilan coating dipengaruhi oleh tingkat kekasaran

permukaan. Proses pre-pelapisan (coating) ini terdiri dari dua jenis, yaitu pembersihan

secara mekanik (mechanical cleaning) dan pembersihan secara kimiawi (chemical

cleaning).

1. Mechanical cleaning, yaitu dengan menggunakan material abrasif untuk

menghilangkan kotoran pada permukaan. Proses mechanical yang digunakan

umumnya yaitu grinding, sand blasting, dan lain-lain. Kontaminan yang dapat

dibersihkan antara lain scale, produk korosi, maupun sisa coating sebelumnya

dengan mengikis permukaan material substrat tersebut.

2. Chemical cleaning, yaitu proses pembersihan dengan menggunakan bahan kimia.

Cara pengaplikasiannya dapat diusapkan, disemprot, diuapkan, dan dicelupkan. Ada

beberapa jenis chemical cleaning, antara lain:

Emulsion cleaning, yaitu dengan menggunakan larutan berbahan dasar

organic (surfactant) yang dapat membersihkan minyak seperti detergent atau

emulsifier.

Alkaline cleaning, yaitu dengan menggunakan larutan garam alkali untuk

membersihkan kotoran dan minyak. Larutan yang umum digunakan antara

lain sodium hydroxide (NaOH) dan sodium carbonate (Na2CO3). Biasanya

garam tersebut dilarutkan dengan air hangat sebanyak 80-40%. Setelah

proses alkaline cleaning, semua zat alkaline harus dibersihkan dengan air

atau uap agar tidak mengganggu kinerja coating.

Pickling (Acid cleaning), yaitu dengan menggunakan larutan asam untuk

membersihkan scale dan korosi. Larutan asam yang biasa digunakan yaitu

asam sulfat (H2SO4) yang akan melarutkan oksida pada permukaan.

B. Pelapisan dengan Logam

Pelapisan suatu material dengan logam adalah salah satu cara yang dilakukan untuk

memberikan sifat tertentu pada suatu permukaan benda kerja, dimana diharapkan benda

tersebut akan mengalami perbaikan karakteristik baik dalam hal struktur mikro,

ketahanannya terhadap lingkungan, maupun perbaikan terhadap sifat fisiknya. Pelapisan

logam merupakan bagian akhir dari proses produksi dari suatu produk. Proses tersebut

dilakukan setelah benda kerja mencapai bentuk akhir atau setelah proses pengerjaan

mesin serta penghalusan terhadap permukaan benda kerja yang dilakukan. Dengan

demikian, proses pelapisan termasuk dalam kategori pekerjaan finishing atau sering juga

disebut tahap penyelesaian dari suatu produksi benda kerja.

Untuk melakukan proses pelapisan material dengan logam ini digunakan bahan

pelapis yang tidak sembarangan. Bahan pelapis yang ingin digunakan harus memenuhi

beberapa kriteria sebagai berikut :

a. Logam pelapis harus memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap

lingkungan dibandingkan dengan logam yang ingin dilindungi

b. Logam pelapis yang digunakan tidak boleh memicu korosi pada logam

yang dilindungi seandainya mengalami goresan atau pecah di

permukaannya.

c. Sifat-sifat fisik, seperti kelenturan dan kekerasannya, harus cukup

memenuhi persyaratan operasional struktur atau komponen bersangkutan

d. Metode pelapisannya harus bersesuaian dengan proses fabrikasi yang

digunakan

e. Tebal lapisan harus merata dan bebas dari pori-pori

Ada bermacam-macam jenis pelapisan material dengan logam, diantaranya adalah

I. Pelapisan Dekoratif

Pelapisan dekoratif bertujuan untuk menambah keindahan tampak luar suatu benda

atau produk. Sekarang ini pelapisan dengan bahan krom sedang digemari karena

warnanya yang cemerlang, tidak mudah terkorosi dan tahan lama. Produk yang dihasilkan

banyak digunakan sebagai aksesoris pada kendaraan bermotor baik yang beroda 2

maupun pada kendaraan beroda 4. Dengan kata lain pelapisan ini hanya untuk

mendapatkan bentuk luar yang baik saja. Logam-logam yang umum digunakan untuk

pelapisan dekoratif adalah emas, perak, nikel dan krom.

II. Pelapisan Protektif

Pelapisan protektif adalah pelapisan yang bertujuan untuk melindungi logam

yang dilapisi dari serangan korosi karena logam pelapis tersebut akan memutus

interaksi material dengan lingkungan sehingga terhindar dari proses oksidasi.

III. Pelapisan Untuk Sifat Khusus Permukaan

Pelapisan ini bertujuan untuk mendapatkan sifat khusus permukaan seperti sifat

keras, sifat tahan aus dan sifat tahan suhu tinggi atau gabungan dari beberapa tujuan

diatas secara bersama-sama. Misalnya dengan melapisi bantalan kereta dengan logam

nikel agar bantalan lebih keras dan tidak mudah aus akibat gesekan pada saat kereta

berjalan.

IV. Pelapisan Logam Ditinjau Dari Sifat Elektrokimia Bahan Pelapis

a. Pelapisan Anodik

Pelapisan anodik merupakan pelapisan dimana potensial listrik logam pelapis lebih

anodik terhadap substrat. Contohnya pelapisan pada baja yang memiliki potensial listrik -

0,04 Volt yang dilapisi dengan logam Seng yang memiliki potensial listrik -0,0762 Volt.

Logam seng bersifat lebih anodik terhadap baja sehingga logam Seng akan

mengorbankan dirinya dalam bentuk korosi sehingga logam yang lebih katodik terhindar

dari reaksi korosi. Pelapisan ini termasuk dalam jenis pelapisan protektif. Keunggulan

dari pelapisan ini adalah sifat logam pelapis yang bersifat melindungi logam yang dilapisi

sehingga walaupun terjadi cacat pada permukaan pelapis seperti tergores, retak,

terkelupas dan lain-lain sehingga terjadi “eksposure” terhadap lingkungan sekitarnya,

sampai batas tertentu tetap terproteksi oleh logam pelapis.

b. Pelapisan Katodik

Pelapisan katodik merupakan pelapisan dimana potensial listrik logam pelapis lebih

katodik terhadap substrat. Contohnya pelapisan pada tembaga yang memiliki potensial

listrik +0,34 Volt yang dilapisi dengan logam Emas yang memiliki potensial

listrik +1,5 Volt. Logam Emas bersifat lebih mulia dibandingkan dengan logam tembaga,

maka apabila logam pelapis mengalami cacat, logam yang dilapisi akan terekspose ke

lingkungan dan bersifat anodik sehingga akan terjadi korosi lokal yang intensif terhadap

substrat. Pelapisan katodik sangat cocok digunakan pada pelapisan dekoratif karena

umumnya aksesoris dan perhiasan dari bahan-bahan imitasi tidak dikenai gaya-gaya dari

luar sehingga kecil kemungkinan untuk mengalami cacat lokal

pada permukaan.

Salah satu metode pelapisan material dengan logam adalah elektroplating. Fokus

pembahasan yang akan dibahas disini, akan lebih mengarah kesana.

ELEKTROPLATING

Seperti yang kita ketahui, metode elektroplating adalah proses pelapisan logam

dengan menggunakan bantuan arus listrik dan senyawa kimia tertentu guna memindahkan

partikel logam pelapis ke permukaan material yang hendak dilapis.

Pelapisan logam dapat berupa lapis seng (zink), galvanis, perak, emas, brass, tembaga,

nikel dan krom. Penggunaan lapisan tersebut disesuaikan dengan kebutuhan dan

kegunaan masing-masing material. Perbedaan utama dari pelapisan logam tersebut

terletak pada anoda dan larutan elektrolisis yang digunakan.

Proses elektroplating ini mengubah sifat fisik, mekanik, dan sifat teknologi suatu

material. Salah satu contoh perubahan fisik ketika material dilapis dengan nikel adalah

bertambahnya daya tahan material tersebut terhadap korosi, serta bertambahnya kapasitas

konduktifitasnya. Adapun dalam sifat mekanik, terjadi perubahan kekuatan tarik maupun

tekan dari suatu material sesudah mengalami pelapisan dibandingkan sebelumnya.

Oleh karena itu, tujuan pelapisan material dengan logam tidak luput dari 3 hal, yaitu

untuk meningkatkan sifat mekanis suatu logam, melindungi logam dari korosi, dan

memperindah tampilan (dekoratif).

PRINSIP DASAR ELEKTROPLATING

Dalam proses elektroplating dan pelapisan logam lainnya, dikenal istilah anoda,

katoda, dan larutan elektrolit.

Gambar Mekanisme Proses Pelapisan Nikel

Anoda adalah logam pelapis yang dihubungkan dengan kutub positif dari sumber

arus listrik. Anoda dalam elektrolit ada yang larut dan ada yang tidak. Anoda

yang tidak larut berfungsi sebagai penghantar arus listrik saja, sedangkan anoda

yang larut berfungsi selain penghantar arus listrik, juga sebagai bahan baku

pelapis.

Katoda dapat diartikan sebagai benda kerja yang akan dilapisi, dihubungkan

dengan kutub negatif dari sumber arus listrik.

Elektrolit berupa larutan yang molekulnya dapat larut dalam air dan terurai

menjadi partikel-partikel yang bermuatan positif atau negatif.

Seperti yang kita ketahui, elektroplating menggunakan prinsip elektrokimia, dimana

terjadi perpindahan ion logam dengan bantuan arus listrik melalui larutan elektrolit

sehingga ion logam mengendap pada benda padat yang akan dilapisi. Ion logam diperoleh

dari elektrolit maupun berasal dari pelarutan anoda logam di dalam elektrolit.

Pengendapan terjadi pada benda kerja yang berlaku sebagai katoda. Berikut ini adalah

reaksi kimia yang terjadi pada proses elektroplating nikel.

Pada KATODA

Pembentukan lapisan Nikel

Ni2+ + (aq) + 2e →Ni (s)

Pembentukan gas Hidrogen

2H++ (aq) + 2e →H2 (g)

Reduksi oksigen terlarut

½ O2 (g) + 2H+ + →H2O (l)

Pada ANODA

Pembentukan gas oksigen

H2O (l) →4H+ + (aq) + O2 (g) + 4e

Oksidasi gas Hidrogen

H2 (g) →2H+(aq) + 2e-

Mekanisme terjadinya pelapisan logam adalah dimulai dari dikelilinginya ion-ion

logam oleh molekul-molekul pelarut yang mengalami polarisasi. Di dekat permukaan

katoda, terbentuk daerah Electrical Double Layer (EDL) yang bertindak seperti lapisan

dielektrik. Adanya lapisan EDL memberi beban tambahan bagi ion-ion untuk

menembusnya. Dengan gaya dorong beda potensial listrik dan dibantu oleh reaksi-reaksi

kimia, ion-ion logam akan menuju permukaan katoda dan menangkap electron dari

katoda, sambil mendeposisikan diri di permukaan katoda. Dalam kondisi equilibrium,

setelah ion-ion mengalami discharge menjadi atom-atom kemudian akan menempatkan

diri pada permukaan katoda dengan mula-mula menyesuaikan mengikuti susunan atom

dari material katoda.

Berikut ini saya akan menjelaskan hasil percobaan dari seorang ilmuwan “Bambang

Santosa dan Martijanti Syamsa Jurusan Teknik Mesin, Universitas Jenderal Achmad

Yani, Bandung” yang saya kutip dari jurnal beliau.

Pengaruh Parameter Proses Pelapisan Nikel Terhadap Ketebalan Lapisan

Pelapisan kali ini dimaksudkan untuk mengetahui sejauh- mana pengaruh rapat

arus, temperatur dan waktu pelapisan dalam proses pelapisan nikel pada tembaga.

Adapun manfaat dari penelitian ini adalah agar dapat digunakan sebagai data dasar untuk

penelitian selanjutnya di bidang pelapisan Nikel.

Proses pelapisan nikel ini dapat diaplikasikan untuk produk seperti medali yang

bertujuan untuk melindungi logam dasar (tembaga) dari korosi dan permukaannya

mempunyai warna yang mengkilap selama masa pakainya.

Seperti yang sudah dijelaskan tentang proses elektroplating, proses pelapisan

nikel ini dilakukan dengan menggunakan prinsip elektrokimia dimana logam pelapis

dalam hal ini nikel bertindak sebagai anoda, sedangkan benda kerja yang dilapisi sebagai

katoda, kedua elektroda tersebut dicelupkan dalam suatu elektrolit yang mengandung

nikel sulfat.

Dalam operasi pelapisan, kondisi operasi perlu diperhatikan karena akan

menentukan berhasil tidaknya proses pelapisan serta mutu yang diinginkan, dalam

kaitannya dengan tebal lapisan yang terbentuk pada logam dasar. Berikut ini adalah

parameter-parameter yang berpengaruh terhadap kualitas pelapisan Nikel, antara lain

1. Konsentrasi Larutan

Konsentrasi ini akan berkaitan dengan nilai pH dari larutan. Pada larutan elektrolit

nikel mempunyai batas-batas pH yang diijinkan agar proses tersebut berlangsung baik,

berkisar antara 1,5 – 5,2. Jika nilai pH melebihi dari nilai yang diijinkan maka akan

terjadi sumuran pada permukaan produk dan lapisan nikel pada permukaan benda yang

dilapisi menjadi kasar.

2. RapatArus

Rapat arus adalah harga yang menyatakan jumlah arus listrik yang mengalir persatuan

luas permukaan elektroda. Terbagi dalam dua macam rapat arus anoda dan rapat arus

katoda. Pada proses lapis listrik rapat arus yang diperhitungkan adalah rapat arus katoda,

yaitu banyaknya arus listrik yang diperlukan untuk mendapatkan atom-atom logam pada

tiap satuan luas permukaan benda kerja yang akan dilapis. Untuk proses lapis listrik ini

faktor rapat arus memegang peranan sangat penting, karena akan mempengaruhi efisiensi

pelapisan, reaksi reduksi oksidasi dan difusi dari hasil pelapisan pada permukaan benda

yang dilapis.

3. Temperatur dan Waktu Pelapisan

Temperatur terlalu rendah dan rapat arus yang cukup optimum akan mengakibatkan

hasil pelapisan menjadi kasar dan kusam, tetapi jika temperatur tinggi dengan rapat arus

yang optimum maka hasil pelapisan menjadi tidak merata. Waktu pelapisan akan

mempengaruhi terhadap kuantitas dari hasil pelapisan yang terjadi dipermukaan produk

yang dilapis. Kenaikan temperatur akan menyebabkan naiknya konduktifitas dan difusitas

larutan elektrolit, berarti tahanan elektrolit akan mengecil sehingga potensial yang

dibutuhkan untuk mereduksi ion - ion logam berkurang.

Sampai batas-batas tertentu hal ini akan meningkatkan kuat arus, sehingga laju

pengendapan dan efisiensi arus akan naik, akan tetapi rapat arus yang lebih tinggi karena

naiknya konduktifitas dan difusitas dari larutan elektolit mempercepat tercapainya rapat

arus batas. Hal ini menyebabkan turunnya harga efisiensi arus. Keadaan ini cenderung

mengarah pada lapisan yang kasar tetapi keuntungannya akan mengurangi terserapnya

gas hydrogen dalam lapisan dan dapat menurunkan kekerasan lapisan.

Oleh sebab itu, Metode penelitian yang digunakan adalah metoda eksperimental

dengan melakukan pengujian ketebalan terhadap medali yang telah dilapis nikel dengan

menvariasikan parameter waktu pelapisan, rapat arus dan temperatur.

Komponen yang akan dilapis, dicelupkan di dalam larutan yang mengandung ion- ion

logam yang akan diendapkan serta dijadikan katoda yang dihubungkan dengan kutub

negatif sedangkan anoda dicelupkan dalam larutan dan dihubungkan dengan kutub

positif serta arus yang digunakan adalah arus searah (arus DC). Arus dari sumber DC

mengalir keluar rangkaian proses pelapisan listrik melalui elektron-elektron yang

bergerak hingga ke permukaan katoda, selanjutnya masuk ke dalam elektrolit melalui

proses reduksi, kemudian dihantarkan oleh elektrolit yang ada di dalam larutan sampai

akhirnya masuk ke permukaan anoda pada saat oksidasi. Potensial yang ada diantara

anoda dan katoda dapat menggerakkan atau menghantarkan muatan melintasi larutan

logam untuk menentukkan laju anion yang dihantarkan/dipindahkan.

Berikut ini adalah tahapan proses pelapisan nikel dari mulai proses persiapan

permukaan secara mekanis maupun secara kimia sampai proses pelapisan nikel.

Tahapan Proses Pelapisan Nikel pada Medali

Larutan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri Nikel Sulfat (250 g/l), Nikel

Klorida (50g/l), Asam Boric (30g/l), Brigh- thener (4ml), dan air (1liter). Adapun Kondisi

operasi yang digunakan adalah temperatur pelapisan (40oC, 50oC, 60oC), arus

(0,28 ;0,35:0,42) amper, waktu pelapisan (5, 10, 15) menit, pH : 4 – 6. Untuk parameter

proses pelapisan nikel yang berkaitan dengan faktor konsentrasi larutan yang berkaitan

dengan nilai pH larutan (4-6) pada penelitian ini merupakan data sekunder yang diperoleh

langsung dari perusahaan PERURI (Perum Percetakan Uang Negara RI), karena

perusahaan tersebut merupakan perusahaan yang mengerjakan proses pelapisan nikel

untuk medali. Untuk itu pH larutan tidak diukur karena proses pelapisan yang dilakukan

seperti yang dilakukan di PERURI.

Faktor konsentrasi larutan pada proses pelapisan nikel pada penelitian ini

merupakan parameter yang konstan, dan tidak diteliti lebih jauh oleh penulis jurnal ini,

pengaruh dari faktor konsentrasi larutan tersebut terhadap hasil lapisan nikel pada

permukaan medali. Penelitian ini metitikberatkan terhadap parameter arus, temperatur

dan waktu pelapisan terhadap tebal lapisan nikel yang dihasilkan pada permukaan medali.

Berikut ini adalah diagram alir penelitiannya,

Data hasil pengujian tebal lapisan dengan memvariasi parameter proses pelapisan

nikel dari rapat arus, temperatur dan waktu pelapisan dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Pada pemakaian rapat arus yang konstan dengan memvariasikan waktu pelapisan

maka dari hasil pengujian tebal lapisan dapat dilihat bahwa semakin lama waktu

pelapisan maka rata-rata hasil lapisan nikel yang terjadi pada permukaan produk (medali)

semakin tebal. Lapisan permukaan medali paling tebal diperoleh pada waktu pelapisan

selama 15 menit, yaitu 65,5 μm Lapisan nikel pada permukaan medali paling tipis

diperoleh pada waktu pelapisan 5 menit yaitu 8,333 μm.

Hal ini sesuai dengan hukum Faraday yang menyatakan bahwa jumlah endapan

logam yang terbentuk sebanding dengan jumlah arus listrik yang diberikan dikalikan

dengan lamanya operasi berlangsung. Nilai pH untuk keseluruhan proses yang dilakukan

dalam penelitian ini merupakan parameter tetap.

Pada hasil pengujian tebal lapisan untuk penggunaan arus yang berbeda

dengan waktu yang digunakan konstan, maka tebal lapisan tertinggi diperoleh pada saat

arusnya adalah 0.42 amper (65.5μm) dan tebal lapisan terendah diperoleh pada saat

arusnya adalah 0.35 amper (8.333μm).

Dengan kuat arus tetap, 0,35 ampere dan waktu 5 menit, menghasilkan pelapisan

setebal 8,33 μm. Sedang dengan kuat arus yang lebih rendah (0,28 amper), tebal lapisan

yang diperoleh adalah 9,167 μm, atau sekitar 12% lebih tebal dari hasil pelapisan pada

0,35 amper. Kedua proses dilakukan dalam kondisi pH larutan yang sama yaitu (4–6).

Kondisi tersebut kemungkinan diakibatkan oleh beberapa faktor. Diantaranya adalah

konsentrasi larutan yang digunakan pada saat proses pelapisan. Secara teoritis

konsentrasi larutan ini akan berkaitan dengan nilai pH dari larutan. Pada larutan elektrolit

nikel mempunyai batas-batas pH yang diijinkan agar proses tersebut berlangsung baik,

berkisar antara 1,5 – 5,2. Jika nilai pH melebihi dari nilai yang diijinkan maka akan

terjadi sumuran pada permukaan produk dan lapisan nikel pada permukaan benda yang

dilapisi berubah menjadi kasar. Sebaiknya pada penelitian lebih lanjut, harus dilakukan

serangkaian pengujian untuk mendapatkan data- data tentang sejauhmana pengaruh dari

faktor konsentrasi larutan terutama pH larutan yang digunakan untuk mendapatkan mutu

lapisan yang baik.

Pengujian pada temperature 400C dan dengan arus 0,28 amper serta waktu proses

selama 5 menit, menghasilkan tebal lapisan yang lebih tipis jika dibandingkan dengan

hasil pengujian pada temperatur 50 0C dan 600C. Tetapi untuk kondisi arus dan waktu

yang sama yaitu 0,28 amper selama 5 menit, tebal lapisan yang diperoleh pada temperatur

60 0C, lebih tipis jika dibandingkan pada temperatur 500C. Tebal lapisan yang dihasilkan

pada pengujian dengan arus 0,28 amper dan waktu pelapisan 10 menit dan 15 menit

cenderung sama dengan yang dihasilkan pada waktu pelapisan 5 menit. Tebal lapisan

mengalami peningkatan nilai pada temperatur 500C dibandingkan pada temperatur 400C

tetapi tebal lapisan tidak mengalami peningkatan pada temperature 600C. Kondisi yang

sama terjadi pada arus 0,35 amper untuk temperatur 500C dan 600C dengan waktu

pelapisan 15 menit terjadi penurunan nilai dari tebal lapisan dibandingkan pada

temperatur 40 0C. Penurunan nilai tebal lapisan terjadi pula pada arus 0,42 amper dan

temperatur 500C dengan waktu pelapisan 10 menit serta temperatur 600C dengan waktu

pelapisan 5 menit.

Secara teoritis dinyatakan bahwa kenaikan temperatur akan menyebabkan

naiknya konduktifitas dan difusitas larutan elektrolit, berarti tahanan elektrolit akan

mengecil sehingga potensial yang dibutuhkan untuk mereduksi ion-ion logam berkurang

sehingga hasil lapisan yang dihasilkan pada permukaan logam akan menurun.

Dari hasil pengujian ini dapat dijadikan dasar untuk melakukan proses pelapisan

nikel pada medali dalam menentukan arus, waktu dan temperature pelapisan yang

digunakan untuk menghasilkan tebal akhir dari lapisan nikel yang diinginkan di

permukaan medali. Jika misalnya hanya menginginkan tebal lapisan dalam range antara

(10 – 20) μm maka tidak usah menggunakan arus yang besar dan waktu pelapisan yang

lama sehingga dapat menekan waktu proses. Arus yang dapat digunakan adalah antara

0.28–0.35 amper, waktu pelapisan antara 5–10 menit dan temperatur pelapisan (40–

50)0C. Kondisi temperatur harus dijaga konstan, jangan sampai mengalami peningkatan

maupun penurunan yang cukup besar karena akan mempengaruhi nilai kualitas maupun

kuantitas dari tebal lapisan yang dihasilkan.

Kesimpulan

Dari hasil penelitian ini maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Tebal lapisan nikel pada percobaan ini dipengaruhi oleh parameter rapat arus,

temperatur dan waktu pelapisan.

2. Semakin lama waktu pelapisan dan semakin besar arus yang digunakan maka semakin

tebal lapisan nikel yang dihasilkan pada permukaan medali.

3. Temperatur pada proses pelapisan harus dijaga konstan karena akan mempengaruhi

terhadap tebal lapisan nikel yang dihasilkan pada permukaan medali.

Pengaruh konsentrasi larutan dan kuat arus terhadap ketebalan pada proses pelapisan

nikel untuk baja karbon rendah

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi larutan dan arus

listrik terhadap ketebalan lapisan nikel. Pada penelitian ini variabel bebasnya adalah arus

listrik dan konsentrasi larutan. Arus listrik divariasikan 50, 55, dan 60 A. Konsentrasi

larutan divariasikan menjadi 3 yaitu konsentrasi 1 (NiSO4 300 gr, NiCl2 40 gr,H3BO3

40gr, H2O 1000 ml), konsentrasi 2 (NiSO4 325 gr, NiCl2 45 gr, H3BO3 40gr, H2O 1000

ml) dan konsentrasi 3 (NiSO4 350 gr, NiCl2 50 gr, H3BO3 40gr, H2O 1000ml).

Spesimen berupa plat baja karbon rendah berukuran 50mm x 30mm x 1.8 mm sebanyak

27 buah.

METODE PENELITIAN

Alat dan bahan yang digunakan

Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari empat proses

yaitu proses persiapan, proses pembuatan elektrolit dan proses elektropating serta

pengambilan gambar.

Alat persiapan yang meliputi alat-alat mesin perkakas yang digunakan untuk

membuat spesimen dari lembaran plat sampai menjadi ukuran 3 x 5 mm.

Bahan membuat elektrolit yang terdiri dari asam borak ( H3BO3, ), Nikel sulfat

(NiSO4,) nikel klorida (NiCl2) dan aquadest. Sedang alat yang digunakan antara lain bak,

termometer, pemanas, pengaduk dan timbangan.

Bahan untuk proses elektroplating yaitu katoda plat baja lunak, anoda nikel, serta

elektrolit untuk pelapisan nikel. Sedang alat yang digunakan bak, pemanas, pengaduk,

stop watch, termometr, pengait, multimeter, dan rectifier.

Variabel penelitian

Secara khusus variabel penelitian dikelompokan sebagai berikut :

Variabel bebas dalam penelitian ini adalah arus listrik yang divariasikan (50 A, 55 A dan

60 A) dan konsentrasi larutan seperti pada tabel di bawah.

Konsetrasi

larutan H3BO3

(gr)

NiSO

4

(gr)

NiCl2

(gr)

H2O

(ml)

Nama

konsentrasi

30 300 40 1000 1

30 325 45 1000 2

30 350 50 1000 3

Parameter yang divariasikan adalah konsentrasi larutan yang dibuat 3 kali

perubahan, dimana pada tabe ini untuk perubahan yang pertama tidak semua komposisi

elektrolit itu diubah, perubahan konsentrasi larutan dilakukan pada nikel sulfat (NiSO4)

dan nikel klorida (NiCl2).

PELAKSANAAN PERCOBAAN

Percobaan dilakukan dengan menggunakan elektolit yang yang mempunyai

komposisi kimia H2O, H3BO3, NiSO4, NiCl2, brigner, nisol, dengan mengubah

prosentase NiSO4, NiCl2 diulangi tiga kali percobaan, masing-masing percobaan

dilkukan pada arus yang berbeda dan juga diulang tiga kali perubahan yaitu 55 A, 60 A

dan 65 A pengujian masing-masing dilakukan selama 20 menit tiap percobaan, hasil dari

percobaan ini berupa plat baja lunak yang telah terlapisi oleh nikel.

Plat baja yang tekah terlapisi nikel, dilakukan pengukuran ketebalannya dengan

menggunakan mikroskop. Gambar diambil dengan pembesaran 40 x, gambar diambil 3

pada setiap percobaan, sehingga untuk satu konsentrasi didapatkan 9 gambar dan

menghasilkan 9 data hasil pengukuran.

Pembahasan

Adanya pengaruh kuat arus listrik dan konsentrasi larutan terhadap ketebalan

lapisan yang terbentuk pada permukaan spesimen dapat dilihat pada gambar .2, 3 dan .4.

dengan mengamati grafik tersebut maka dapat terlihat bahwa pada kondisi konsentrasi 1

gambar .2 tidak terlihat adanya pengaruh antara arus yang divariasikan terhadap

ketebalan. Hal ini menyimpang dari hukum Faraday, dimana kedua hukumnya

menyatakan secara matematis bahwa masa yang terbentuk pada suatu proses elektrokimia

adalah berbanding lurus dengan kuat arus listrik [7]. Penyimpangan ini mungkin terjadi

karena konsentrasi yang rendah, sehingga Ni terlarut kurang dan kemungkinan juga

penyebab adalah terletak pada efisiensi proses yang dilaksanakan, dimana kondisinya

belum memenuhi kondisi ideal. Misalnya dalam penyaluran arus listrik yang dibutuhkan

untuk membangkitkan pergerakan elektron pada kedua elektroda (spesimen dan anoda),

termasuk perpindahan material diantara keduanya yang diangkut oleh ion-ion bermuatan

listrik melalui larutan.

Pada pelaksanaan proses pelapisan, baik anoda maupun katoda (spesimen)

pemasanganya hanya menggunakan kawat pengait. Kondisi pemasangan seperti ini

memungkinkan tidak stabilnya kedudukan kedua elektroda, sebab selama proses

berlangsung timbul gelembung udara dalam larutan. Ketidak stabilan kedudukan ini

tentunya akan mempengarui penyaluran arus listrik.

Pada konsentrasi 2 dan konsentrasi 3 terlihat adanya kenaikan ketebalan.

Penjelasan untuk kondisi ini adalah semakin besar nilai kuat arus listrik yang digunakan,

maka akan menyebabkan elektron lebih reaktif (lebih mudah bergerak), Hal ini juga akan

menyebabkan porsi akumulasi pergerakan elektron dan perpindahan material pada kedua

elektroda juga semakin besar Hal lain yang perlu dikemukakan dan berkaitan dengan

hasil percobaan ini adalah konsep toritis mengenai proses elektrokimia yang

dikemukakan oleh Faraday. Secara kualitatif hasil perhitungan secara teoritis telah

menunjukan hasil atau pola yang sama dengan hasil yang diperoleh melalui percobaan,

walaupun masih terdapat perbedaan secara kuantitatif.

Pengaruh variabel konsentrasi terhadap variabel ketebalan lapisan dapat juga

dilihat dari gambar 2, 3.dan 4. Pada gambar 4 menunjukan adanya ketebalan pelapisan

yang paling tinggi yaitu 23,26 μm pada arus 60 A. Penjelasanya adalah semakin tinggi

konsentrasi NiSO4 dan NiCl2 maka nikel yang tersedia dalam elekktrolit akan semakin

banyak, sehingga kesempatan nikel tersebut menempel pada spesimen itu menjadi lebih

tinggi. Pada proses elektroplating larutan elekrolit NiSO4 terurai menjadi ion Ni dan

SO4. kation elektrolit (SO42-) menempel pada anoda. Pada katoda plat baja mengalami

pelepasan oksigen terhadap larutan nikel (NiSO4) akibat adanya arus listrik searah

dengan tegangan konstan sehingga ion nikel (Ni) akan menempel pada permukaan plat

baja atau besi dengan perantara elektrolit nikel sehingga plat baja/besi terlapisi nikel.

Reaksi yang terjadi pada anoda adalah bahan pelapis nikel (Ni) mengikat oksigen yang

dilepaskan oleh plat baja/besi. Bahan pelapis nikel akan mengalami pengikatan yang

kemudian akan terlarut pada elektrolit nikel (NiSO4) yang telah melapisi plat tersebut.

Sehingga larutan elektrolit nikel (NiSO4) tetap stabil, akibatnya bahan pelapis nikel (Ni)

lama kelamaan akan berkurang atau habis.

Dengan membandingkan data yang ada, maka dapat diketahui bahwa nilai

ketebalan lapisan pada permukaan spesimen yang diperoleh secara teoritis dengan

menggunakan perhitungan dasar elektrokimia, lebih tinggi jika dibandingkan dengan nilai

ketebalan lapisan yang diperoleh dari pengukuran (experimen).

KESIMPULAN

Pada konsentrasi 1, besar arus listrik tidak berpengaruh terhadap ketebalan nikel.

Pada konsentrasi 2 dan 3, semakin besar arus listrik akan diperoleh hasil lapisan yang

makin tebal. Semakin tinggi konsentrasi NiSO4 dan NiCl2 maka lapisan nikel akan

semakin tebal. Ketebalan minimum diperoleh pada konsentrasi 1 pada arus 55 A yaitu

5,06 μm dan hasil pengukuran tertinggi pada konsentrasi 3 dengan arus 60 A ketebalan

23,26 μm.

Referensi

http://repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/61440/G12sfa1.pdf

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29124/3/Chapter%20II.pdf

http://puslit2.petra.ac.id/ejournal/index.php/mes/article/download/16642/16634.

Buku Korosi Untuk Mahasiswa Dan Rekayasawan karya KR. Trethewey dan J.

Chamberlain

http://ejournal.undip.ac.id/index.php/rotasi/article/view/4645/4209