Pengaruh-Parameter-Temperatur-dan-Kuat-Arus-Listrik ...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

PENGARUH PARAMETER TEMPERATUR DAN KUAT ARUS LISTRIK TERHADAP KETEBALAN DAN

ADHESIVITAS LAPISAN PADA BAJA AISI 1025 DENGAN PROSES ELEKTROPLATING TEMBAGA

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat Untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh :

HIMAWAN DWI NUR DIYANTO NIM. I1404019

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA 2011


commit to user iii

PENGARUH PARAMETER KUAT ARUS DAN TEMPERATUR PELAPISAN TERHADAP KETEBALAN DAN

ADHESIVITAS LAPISAN PADA BAJA KARBON RENDAH DENGAN PROSES ELEKTROPLATING TEMBAGA

HIMAWAN DWI NURDIYANTO

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia

Abstrak

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari pengaruh parameter arus

dan temperatur terhadap ketebalan dan adhesivitas lapisan dengan proses

elektroplating. Elektroplating merupakan suatu proses pengendapan ion-ion logam

pada katoda dengan cara elektrolisis. Proses ini bertujuan membentuk permukaan

dengan sifat atau dimensi yang berbeda dengan logam dasarnya.

Pada penelitian ini digunakan bahan pelapis tembaga dan bahan yang dilapis

adalah baja karbon rendah AISI 1025. Elektrolit yang dipakai adalah larutan tembaga

1 yang terdiri atas tembaga sianida, sodium sianida dan sodium karbonat. Spesimen

yang digunakan berbentuk plat strip dengan panjang, lebar dan tebal berturut turut

100, 20 dan 1 mm dimana panjang spesimen yang tercelup adalah 80 mm. Jarak antar

anoda dan katoda 20 mm, dan lama pelapisan adalah 5 menit. Variasi dilakukan pada

kuat arus yaitu 0.5, 1, 1.5, dan 2 A. Kemudian dengan jarak antar anoda - katoda dan

lamanya waktu pelapisan yang sama divariasikan temperatur yaitu 25-30 C, 35-40 C,

45-50 C dan 55-60 C.

Berdasarkan hasil penelitian dapat dilihat bahwa peningkatan kuat arus dan

temperatur akan menaikkan ketebalan lapisan tembaga. Sementara itu adhesivitas

lapisan tembaga cukup baik pada semua spesimen. Dari hasil percobaan didapatkan

rata-rata ketebalan paling besar untuk variasi arus 2 A dan temperatur 55-60 C yaitu

4.767 µm.

Kata kunci: Elektoplating tembaga, variasi arus, variasi temperatur, ketebalan lapisan, adhesivitas


commit to user iv

THE EFFECT OF FLOW AND TEMPERATURE PARAMETERS TO THE THICKNESS AND ADHESIVITY LAYER FOR

LOW CARBON STEEL AISI 1025 USED COPPER ELECTROPLATING PROCESS

HIMAWAN DWI NURDIYANTO

Mechanical Engineering Major, Faculty of Tech Sebelas Maret University, Surakarta, Indonesia

Abstract

The aim of this research is to investigated the effect of flow and temperature

parameters to the thickness and adhesivity layer used electroplating process.

Electroplating is a deposition proses of the metal ions on the metal substrate by

electrolysis. This process aims to form a surface with properties and dimensions

different from the metal substrate.

In this research, the coating material is copper and the coated material is low

carbon steel AISI 1025. The electrolyte used is a copper solution which consists of

copper cyanide, sodium cyanide and sodium carbonate. The specimens is strip plate

with length, width and thickness are 100, 20 and 1 mm respectively. The length of

submerged specimens is 80 mm. The distance between the anode and cathode is 20

mm, and duration of the coating is 5 minutes. The variations on the current are 0.5, 1,

1.5 and 2 A. Then in the same distance between the anode and cathode and duration

of coating, the temperature variations are 25-30 C, 35-40 C, 45-50 C and 55-60 C.

This research indicate that the high increase in flow and temperature will

increase the thickness of copper layer. While the adhesivity of the copper layer is

good enough in all specimens. From the experiment, the maximum average thickness

is readed in 2A and temperature of 55-60 C, ie 4.767 µm.

Key words: Copper electroplating, flow variation, temperature variation, coating thickness, adhesivity


commit to user v

MOTTO

v “Education is an ornament in prosperity and a refuge in adversity”

v “Success never comes to the indolence”

v “Better late than never”

v “Manungso iku podo rugi kabeh, kejobo wong kang nduweni ilmu.

Kabeh wong kang nduweni ilmu podho rugi, kejobo wong kang gelem

nglakoni ilmune. Kabeh wong kang nglakoni ilmune podho rugi,

kejobo wong kang biso ikhlas. Ananging ikhlas iku abot sanggahane

lan cekelane, kejobo wong kang gedhe roso tresno lan welas asihe”


commit to user

vi

PERSEMBAHAN

Dengan segala ketulusan, kerendahan hati, serta penuh rasa syukur

kupersembahkan hasil curahan pikiran ini kepada :

1. Bapak, Ibukku serta keluarga besarku yang selalu memberikan dukungan dan

melimpahkan kasih sayang untukku. Semoga aku bisa menjadi kebanggaan

keluarga dan dapat membahagiakan semua.

2. Kekasihku Riska Hanyningtyas yang selalu memberikan support, nasehat dan

kasih sayang yang tulus untukku.

3. Bapak Wahyu dan Bapak Eko Surojo yang selalu memberikan bimbingan

untuk menyelesaikan skripsi ini dengan penuh kesabaran.

4. Kampusku tercinta yang sudah memberiku banyak ilmu yang tak ternilai

harganya.

5. Semua teman-temanku di teknik mesin,terima kasih atas segala bantuannya.


commit to user vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah

melimpahkan rahmat dan karunianya sehingga proses penelitian sekaligus

penulisan skripsi dengan judul “Pengaruh Parameter Temperatur dan Arus

terhadap Ketebalan dan Adhesivitas Lapisan Tembaga pada Baja Karbon

rendah AISI 1025 dengan Proses Elektroplating Tembaga”.

Skripsi ini disusun sebagai syarat mengikuti ujian akhir guna memperoleh

gelar Sarjana Pendidikan, pada jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik,

Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulis menyadari tanpa bantuan dan

bimbingan dari berbagai pihak penelitian ini tidak akan terlaksana dengan baik.

Oleh sebab itu, dengan segenap kerendahan hati, penulis mengucapkan terima

kasih kepada yang terhormat :

1. Bapak Wahyu Purwo Raharjo, ST, MT selaku pembimbing I dan Bapak Eko

Surojo, ST, MT selaku pembimbing II yang dengan sabar dan penuh

pengertian telah memberikan banyak bantuan dalam penelitian dan

penulisan skripsi ini.

2. Bapak Dody Ariawan, ST, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas

Teknik UNS.

3. Bapak Heru Sukanto, ST, MT ,Bapak Bambang Kusharjanto, ST, MT dan

Bapak Teguh Triyono, ST selaku dosen penguji.

4. Bapak Ir. Mukahar, MSCE. selaku Dekan Fakultas Teknik UNS.

5. Bapak Rendhy Adhi R, ST, MT selaku pembimbing akademik.

6. Dosen-dosen Teknik Mesin FT UNS yang telah membuka wacana keilmuan

dan daya nalar penulis.

7. Bapak dan Ibu yang selalu mendukungku.

8. Dony Irawan yang melakukan penelitian bersama-sama dengan penulis.

9. Sahabat-sahabatku dimanapun kalian berada, semangat kalian telah

membuat penulis bisa menyelesaikan tugas akhir ini.


commit to user viii

10. Teman-teman Teknik Mesin UNS semua angkatan (Danang, Blink, Boly,

Iman, Yogik, Udin, Wahyudi, Nuri Sihono, Abadi, Marlon, Punto , Yepe,

Didin dan lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu).

Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak

kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi dan kritik demi

kesempurnaan skripsi ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan

terima kasih.

Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap skripsi ini dapat

digunakan sebagaimana mestinya.

Surakarta, Januari 2011

Penulis


commit to user ix

DAFTAR ISI

Halaman HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................ ii ABSTRAK ...................................................................................................... iii HALAMAN MOTTO ..................................................................................... v HALAMAN PERSEMBAHAN ..................................................................... vi KATA PENGANTAR .................................................................................... vii DAFTAR ISI ................................................................................................... ix DAFTAR TABEL ........................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xii DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... xiii BAB I. PENDAHULUAN .............................................................................. 1 1.1 Latar Belakang Masalah ............................................................... 1 1.2 Perumusan dan Batasan Masalah ................................................. 2 1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian ..................................................... 3 1.4 Sistematika Penulisan ................................................................... 4 BAB II. DASAR TEORI ................................................................................ 5

2.1 Dasar Teori ................................................................................... 5 2.1.1 Baja Karbon Rendah dan Sifatnya ....................................... 5 2.1.2 Bahan Pelapis ....................................................................... 6 2.1.3 Proses Electroplating ........................................................... 6

2.1.3.1 Proses Pengerjaan Pendahuluan (Pre Treatment) .... 10 2.1.3.2 Prinsip Kerja Lapis Listrik ....................................... 12

2.2 Kajian Yang Telah Dilakukan ...................................................... 17 BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ...................................................... 19

3.1 Diagram Alir Penelitian ................................................................ 19 3.2 Bahan Penelitian .......................................................................... 20 3.3 Mesin Dan Alat Yang Digunakan ................................................ 20 3.4 Pelaksanaan Penelitian ................................................................. 21

3.4.1 Persiapan Spesimen Uji ....................................................... 21 3.4.2 Pengerjaan Awal .................................................................. 21 3.4.3 Proses Pelapisan ................................................................... 22

3.5 Pengujian ...................................................................................... 22 3.5.1 Pengujian Tampak Fisik ...................................................... 22 3.5.2 Pengujian Ketebalan Lapisan ............................................. 22 3.6.3 Pengujian Adhesivitas Lapisan ............................................ 23

BAB IV. DATA DAN ANALISIS ................................................................. 24 4.1 Pengamatan Tampak Fisik ........................................................... 24 4.2 Pengujian Ketebalan Lapisan ....................................................... 26 4.3 Pengujian Adhesivitas Lapisan .................................................... 31


commit to user x

BAB V. PENUTUP ........................................................................................ 33 5.1 Kesimpulan ................................................................................... 33 5.2 Saran ............................................................................................. 33

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 34 LAMPIRAN

Lampiran A (Hasil Pengujian Ketebalan Lapisan) ............................. 36 Lampiran B (Tabel Berat Lapisan) ..................................................... 37


commit to user xi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1 Hasil perhitungan pelapisan tembaga dengan variasi arus dan temperatur 55-60 C........................................................................................................ 28





commit to user xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Mekanisme proses pelapisan ...................................................... 4 Gambar 2.2. Bentuk-bentuk anoda terlarut ..................................................... 16 Gambar 3.1. Diagram alir proses pelapisan tembaga ..................................... 19 Gambar 3.2. Coating thickness measuring instrumen .................................... 21 Gambar 4.1. Spesimen hasil pelapisan pada temperatur 25-30° C ................. 24 Gambar 4.1. Spesimen hasil pelapisan pada temperatur 35-40° C ................. 24 Gambar 4.1. Spesimen hasil pelapisan pada temperatur 45-50° C ................. 25 Gambar 4.1. Spesimen hasil pelapisan pada temperatur 55-60° C ................. 25 Gambar 4.5. Grafik ketebalan lapisan sebagai fungsi arus listrik................... 26 Gambar 4.6. Grafik ketebalan lapisan sebagai temperatur ............................. 27 Gambar 4.7. Grafik efisiensi sebagai fungsi dari arus listrik .......................... 30 Gambar 4.8. Grafik efisiensi sebagai fungsi dari temperatur ......................... 30 Gambar 4.9. Foto Spesimen dengan variasi temperatur 25-30 C ................... 31 Gambar 4.10. Foto Spesimen dengan variasi temperatur 25-30 C ................. 31 Gambar 4.11. Foto Spesimen dengan variasi temperatur 25-30 C ................. 32 Gambar 4.12. Foto Spesimen dengan variasi temperatur 25-30 C ................. 32


commit to user xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A (Hasil Pengujian Ketebalan Lapisan) Lampiran B (Tabel Berat Lapisan)


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada zaman modern sekarang ini, perkembangan teknologi semakin pesat

dan banyak barang yang diciptakan manusia untuk memenuhi kebutuhannya.

Sebagian besar material untuk membuat peralatan berasal dari logam, terutama

besi dan baja. Hal ini disebabkan oleh sifat mekaniknya yang unggul juga

ketersediaan di alam yang cukup melimpah.

Baja karbon rendah mempunyai sifat yang mudah ditempa dan mudah

dimesin. Pemanfaatan baja dengan kandungan karbon yang rendah dalam industri

pengolahan logam sangat banyak. Contohnya adalah pipa, gear, shafts, rivets,

paku, dan bahan kontruksi baik dalam bentuk profil atau batangan. Baja karbon

rendah memiliki kadar unsur paduan terbatas umumnya di bawah 2%.

Penggunaannya yang berinteraksi langsung dengan lingkungan menyebabkan

logam tersebut sangat rentan terhadap korosi. Bahan dari logam ini memerlukan

pengerjaan akhir atau finishing agar dapat terlihat lebih menarik dan

meningkatkan ketahanan terhadap korosi.

Korosi adalah peristiwa kerusakan permukaan pada logam akibat pengaruh

lingkungan seperti hujan, kabut atau pengembunan akibat kelembaban relatif yang

tinggi. Korosi ini tidak dikehendaki karena dapat merusak baik fungsi maupun

penampilan, serta memperpendek umur pakai dari komponen yang mengalami

peristiwa tersebut. Karena itu, diperlukan suatu pencegahan yaitu dengan

memberikan perlindungan agar logam tidak berinteraksi langsung dengan

lingkungan. Salah satunya adalah dengan melakukan proses akhir atau finishing

yang tepat pada logam. Finishing logam mempunyai tujuan utama untuk

memisahkan kontak langsung dengan lingkungannya namun juga mendapatkan

sifat-sifat lain seperti penampilan yang baik, ketangguhan, dan daya hantar listrik.

Salah satu metode finishing pada logam adalah dengan memberikan lapisan

pelindung pada bagian terluar logam tersebut. Salah satu cara dari finishing logam

dengan lapisan pelindung yang banyak diterapkan adalah pelapisan logam.

Mekanisme dari proses ini dapat dilakukan dengan metode antara lain pelapisan


commit to user

2

listrik (elektroplating), celup panas (hot dip galvanizing), dan semprot logam

(metal spraying). Pemilihan penggunaan salah satu metoda ini didasarkan oleh

jenis material pelapis dan yang akan dilapis, fungsi komponen serta kondisi

lingkungan.

Metode yang umum digunakan untuk pelapisan adalah pelapisan secara

listrik (elektroplating) yaitu proses pelapisan logam secara elektrolisis melalui

penggunaan arus searah (direct curret/DC) dan larutan kimia (elektrolit) yang

berfungsi sebagai media penyuplai ion-ion logam untuk membentuk lapisan

(endapan) logam pada katoda. Proses pelapisan ini selain untuk melindungi logam

juga bertujuan untuk meningkatkan sifat-sifat pada logam yaitu antara lain daya

tahan korosi (corrosion resistance), tampak rupa (appearence), daya tahan

gores/aus (abrasion resistance), mampu solder (solderability), daya hantar listrik

(electrical contact resistance), mampu pantul cahaya (reflectivity), mampu sikat

kawat (wire bondability), daya tahan temperatur tinggi (high temperature

resistance).

Salah satu dari banyak macam logam pelapis yang digunakan adalah

pelapisan dengan menggunakan tembaga sebagai logam pelapisnya. Tembaga

yang dalam bahasa latin disebut cuprum (Cu), mempunyai beberapa sifat, yaitu

dapat ditempa, tahan korosi, ulet, dan konduktivitas listrik tinggi. Tembaga juga

merupakan logam yang biasa digunakan sebagai pelapis dasar.

Sebagai logam pelapis dasar, tembaga harus mempunyai tingkat

adhesivitas yang baik dan mempunyai ketebalan yang sesuai. Adhesivitas dan

ketebalan lapisan dipengaruhi oleh beberapa parameter, diantaranya adalah jarak

elektroda, temperature larutan elektrolit, kuat arus listrik, tegangan dan waktu

pencelupan.

1.2 Perumusan Masalah

Perumusan masalah dalam penelitian ini yaitu ” Bagaimana pengaruh

parameter temperatur dan arus listrik terhadap ketebalan dan adhesivitas lapisan

tembaga pada baja karbon rendah AISI 1025 dengan proses elektroplating

tembaga?”


commit to user

3

1.3 Batasan Masalah

Untuk menentukan arah penelitian yang baik, ditentukan batasan masalah

sebagai berikut:

a. Tegangan dianggap konstan 9 volt.

b. Larutan elektrolit yang digunakan CuCN dengan komposisi 40gr CuCN,

50gr KCN dan 30gr Na2CO3.

c. Waktu 5 menit.

d. Jarak elektroda 2 cm.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Untuk mengetahui pengaruh parameter temperatur pelapisan terhadap

ketebalan dan adhesivitas lapisan tembaga pada benda uji baja karbon rendah .

2. Untuk mengetahui pengaruh besar arus terhadap ketebalan dan adhesivitas

lapisan pada pelapisan tembaga pada benda uji baja karbon rendah.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini :

1. Manfaat ilmiah

Dapat mempelajari dan mengetahui mekanisme pelapisan logam dengan

cara elektroplating terutama dengan elektroplating tembaga.

2. Manfaat praktis

Dapat menambah referensi yang ada dan dapat digunakan oleh semua

pihak yang membutuhkan. Penelitian ini juga diharapkan dapat memberikan

sumbangan pemikiran terutama dalam bidang elektroplating tembaga.


commit to user

4

1.6 Sistematika Penelitian

a. Bab I Pendahuluan, berisi latar belakang penelitian, rumusan masalah, maksud

dan tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah dan sistematika

penulisan.

b. Bab II Dasar Teori, berisi tinjauan pustaka dan teori mengenai pelapisan

logam secara listrik, komponen-komponennya maupun jenis pengerjaan

pendahuluan pada benda kerjanya.

c. Bab III Metode Penelitian, berisi bahan yang digunakan, mesin dan alat yang

digunakan, tempat penelitian, serta prosedur pelaksanaan penelitian, dan

pengujian.

d. Bab IV Data dan Analisa, berisi data hasil pengujian dan analisa hasil

pengukuran kekerasan dan ketebalan dari proses pelapisan yang dilakukan.

e. Bab V Penutup, berisi kesimpulan dan saran yang diambil dari penelitian yang

dilakukan.


commit to user

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

Secara umum material dapat dibagi menjadi empat yaitu logam, plastik,

keramik dan komposit. Logam dipakai sebagai material utama dalam bidang

teknik karena kekuatan dan keuletannya relatif tinggi, relatif mudah untuk diubah

menjadi produk lain, relatif tahan terhadap temperatur tinggi. Material logam

dapat dibagi menjadi dua lagi yaitu ferrous dan non ferrous

Logam yang termasuk dalam ferrous adalah:

1. Besi cor (besi cor putih, besi cor kelabu, besi cor nodular dan besi cor

malleable)

2. Baja karbon (baja karbon rendah, baja karbon medium dan baja karbon tinggi)

3. Baja paduan (baja paduan rendah dan baja paduan tinggi)

Material logam yang paling murah per satuan beratnya adalah baja karbon.

2.1.1 Baja Karbon Rendah dan Sifatnya

Pemilihan jenis logam diperlukan agar didapat sifat-sifat logam yang

sesuai dengan pemakaiannya sehingga dapat memberikan performa yang

maksimal. Baja karbon banyak digunakan sebagai komponen pada peralatan

mesin. Pembuatan komponen diperlukan suatu standarisasi khusus bahan, untuk

menentukan bahan yang sesuai berdasarkan fungsi dan perlakuan logam yang

dibutuhkan agar menjadi sebuah komponen. Unsur-unsur pada baja karbon rendah

antara lain C, Mn, P, S, dan Fe. Prosentase unsur-unsur tersebut sangat besar

pengaruhnya terhadap sifat mekanik dari baja karbon yang dihasilkan.

Adapun pengaruh unsur pada baja karbon adalah:

a) Carbon (C)

Karbon merupakan unsur utama dalam pembuatan baja karbon. Unsur

karbon pada baja dapat meningkatkan kekuatan dan kekerasan tetapi jika

kadar karbon berlebih akan menurunkan keuletan.


commit to user

6

b) Mangan (Mn)

Unsur mangan dapat mencegah terjadinya kegetasan pada suhu tinggi

terutama pada saat pengerolan panas. Mangan bereaksi dengan sulfur

membentuk mangan sulfida (MnS) yang mempunyai titik cair tinggi.

Dapat menghaluskan perlit, sehingga terjadi peningkatan kekuatan dan

ketangguhan.

c) Phospor (P)

Unsur ini berfungsi untuk meningkatkan kekuatan tarik, batas luluh dan

menurunkan sifat plastis. Kadar phospor dalam baja biasanya kurang dari

0,05%.

d) Sulfur (S)

Sulfur dapat menurunkan sifat mekanis, korosi, keuletan dan mampu las.

Kadar sulfur pada baja harus serendah mungkin. Unsur sulfur dapat

dinetralisir dengan adanya mangan.

e) Ferro (Fe)

Besi merupakan unsur utama pada baja dan besar pengaruhnya terhadap

tingkat kekerasannya, besi dapat mengantarkan panas dengan baik.

2.1.2 Bahan Pelapis

Tembaga biasa digunakan untuk piranti listrik, bangunan, alat industri,

kendaraan bermotor, alat komunikasi. Tembaga bersifat liat, lunak, ulet, dan

mempunyai daya hantar listrik yang baik. Tembaga mempunyai dua macam

senyawa yaitu kupro atau tembaga (I) dan kupri atau tembaga (II). Senyawa

tembaga (I) hanya larut air bila terkompleks oleh ligan sebagai cyanide, amonia,

chloride atau asetonil. Tembaga (II) stabil dalam larutan berair. Tembaga mudah

diendapkan oleh logam yang deret daya listriknya lebih tinggi semisal besi.

Tembaga banyak digunakan untuk plating karena mudah didapatkan, harga relatif

murah, juga mudah pula pengontrolan larutannya. Sifat mekanik tembaga juga

menjadi faktor mengapa tembaga digunakan sebagai logam pelapis.

2.1.3 Proses Electroplating

Proses pelapisan secara garis besar ada dua macam, yaitu pelapisan secara

listrik dan pelapisan non listrik. Penentuan metode pelapisan didasari pada fungsi

komponen, jenis material pelapis dan yang di lapis serta kondisi lingkungan.


commit to user

7

Pelapisan secara listrik merupakan proses pelapisan suatu logam atau non

logam secara elektrolisis melalui penggunaan arus listrik searah (direct

current/DC) dan larutan kimia (elektrolit). Pelapisan bertujuan membentuk

permukaan dengan sifat atau dimensi yang berbeda dengan logam dasarnya.

Terjadinya endapan pada proses disebabkan adanya ion-ion bemuatan lislrik

berpindah anoda melalui elektrolit. Ion-ion pada elektrolit tersebut akan

mengendap pada katoda. Endapan yang terjadi bersifat adhesif terhadap logam

dasar. Selama proses pengendapan berlangsung terjadi reaksi kimia pada

elektroda dan elektrolit yaitu reaksi reduksi dan oksidasi yang diharapkan

berlangsung terus menerus menuju arah tertentu secara tetap. Untuk itu diperlukan

arus lislrik searah (direct current) dan tegangan yang konstant.

Prinsip dasar dari proses lapis listrik adalah berdasarkan pada Hukum

Faraday yang menyatakan bahwa jumlah zat-zat yang terbentuk dan terbebas

pada elektroda selama elektrolisa sebanding dengan jumlah arus listrik yang

mengalir dalam larutan elektrolit. Disamping itu jumlah zat-zat yang dihasilkan

oleh arus listrik yang sama selama elektrolisis adalah sebanding dengan beratnya

ekivalen masing-masing zat tersebut.

Penyataan Faraday tersebut diatas dapat ditulis dengan persamaan (2.1).

B = F

etI .. (2.1)

Keterangan :

B = Berat zat yang terbentuk ( g )

I = Jumlah arus yang mengalir (A)

t = Waktu ( detik )

e = Berat ekivalen zat yang dibebaskan ( berat atom suatu unsur

dibagi valensi unsur tersebut)

F = Jumlah arus yang diperlukan untuk membebaskan sejumlah gram

ekivalen suatu zat.


commit to user

8

1F = 96.500 Coulumb yaitu jumlah muatan yang diperlukan untuk

membebaskan 1 grek suatu zat

Hukum Faraday sangat erat kaitannya dengan efisiensi arus yang terjadi

pada proses pelapisan.

Efisiensi katoda dapat ditulis dengan persamaan (2.2)

BW

=h (2.2)

Dimana :

=h Efisiensi (%)

W = Berat lapisan (gram)

B = Berat lapisan menurut hukum faraday (gram)

Dalam pelaksanaan proses pelapisan listrik ada beberapa hal yang perlu

diperhatikan yaitu arus yang dibutuhkan untuk untuk melapis (rapat arus),

temperatur larutan, waktu pelapisan dan konsentrasi larutan. Distribusi

perpindahan ion-ion logam selama proses berlangsung akan dipengaruhi oleh

besarnya arus, luas permukaan bahan yang akan dilapis, temperatur larutan,

tegangan dan konsentrasi larutan.

Plating termasuk salah satu cara menanggulangi korosi pada logam dan

juga berfungsi sebagai ketahanan bahan. Di samping itu plating juga memberikan

nilai estetika pada logam yang dilapisi, yaitu warna dan tekstur tertentu, serta

untuk mengurangi tahanan kontak.

Parameter-parameter yang berpengaruh terhadap kualitas pelapisan adalah

1. Konsentrasi Larutan

Konsentrasi larutan merupakan cara untuk menyatakan hubungan

kuantitatif antara zat terlarut dan zat pelarut. Konsentrasi larutan umumnya

dinyatakan dalam perbandingan jumlah zat terlarut dengan jumlah total pelarut.

VMrG

M/

=

Dimana :

M : Molaritas ( M )

G : Berat zat terlarut (gr)

Mr : Massa molekul relative zat terlarut

V : Volume Larutan (L)


commit to user

9

2. Rapat Arus

Rapat arus adalah bilangan yang menyatakan jumlah arus listrik yang

mengalir persatuan luas permukaan elektroda. Rapat arus dapat dibagi dalam dua

macam rapat arus yaitu rapat arus anoda(anode currenty) dan rapat arus katoda

(cathode current ). 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..

Rapat arus dapat diatur, makin tinggi rapat arus, makin meningkat

kecepatan pelapisan dan dapat memperkecil bentuk kristal. Tetapi bila rapat arus

terlalu tinggi akan mengakibatkan lapisan kasar, bersisik dan akan terbakar/hitam.

Untuk proses lapis listrik ini faktor rapat arus memegang peranan sangat penting,

karena akan mempengaruhi efisiensi arus

Efisiensi arus adalah perbandingan berat endapan yang terjadi dengan

berat endapan secara teoritis dan dinyatakan dalam persen. Bila di atas dijelaskan

bahwa arus dalam proses lapis listrik diinginkan dalam kondisi yang konstant,

maksud dari pernyataan tersebut adalah tegangan tidak akan berubah atau

terpengaruh oleh besar kecilnya arus yang terpakai.

I = RV

(2.3)

Keterangan :

I = Kuat arus (A)

V = Tegangan (V)

R = Tahanan (W )

Sehingga untuk memvariasikan arus yang diatur hanyalah tahanannya saja,

sedangkan voltasenya tetap. Satuan rapat arus dinyatakan dalam A/dm2 atau A/ft2

atau A/in2.

3. Temperatur

Temperatur larutan dapat mempengaruhi hasil lapisan. Pada temperatur

yang tinggi, daya larut bertambah besar dan terjadi penguraian garam logam.

Temperatur tinggi akan membuat tingginya konduktivitas serta menambah


commit to user

10

mobilitas ion logam tetapi viskositas menjadi berkurang. Kurangnya viskositas

menyebabkan endapan ion logam pada katoda akan lebih cepat sirkulasinya.

4. Tegangan (Voltage)

Proses pelapisan listrik membutuhkan tegangan yang konstant, maksudnya

tegangan tidak akan berubah oleh besar kecilnya arus yang terpakai.

5. Waktu Pelapisan

Waktu pelapisan akan mempengaruhi terhadap kuantitas dari hasil

pelapisan yang terjadi di permukaan produk yang dilapis. Kenaikan temperatur

akan menyebabkan naiknya konduktivitas dan difusitas larutan elektrolit, berarti

tahanan elektrolit akan mengecil sehingga potensial yang dibutuhkan untuk

mereduksi ion-ion logam berkurang.

2.1.3.1 Proses Pengerjaan Pendahuluan (Pre Treatment)

Sebelum dilakukan pelapisan pada logam, permukaan logam harus

disiapkan untuk menerima adanya lapisan. Persiapan ini bertujuan untuk

meningkatkan daya ikat antara lapisan dengan bahan yang dilapisi. Permukaan

yang ideal dari bahan dasar adalah permukaan yang seluruhnya mengandung atom

bahan tersebut tanpa adanya bahan asing lainnya. Untuk mendapatkan kondisi

seperti tersebut perlu dilakukan pengerjaan pendahuluan dengan tujuan :

- Menghilangkan semua pengotor yang ada di permukaan benda kerja seperti

pengotor organik, anorganik/oksida dan lain-lainnya.

- Mendapatkan kondisi fisik permukaan yang lebih baik dan lebih aktif.

Teknik pengerjaan pendahuluan ini tergantung dari pengotornya, tetapi secara

umum dapat diklasifikasikan sebagai berikut.

A. Pembersihan Secara Mekanik

Pekerjaan ini bertujuan untuk menghaluskan permukaan dan

menghilangkan goresan- goresan serta geram-geram yang masih melekat pada

benda kerja. Biasanya untuk menghilangkan goresan-goresan dan geram-geram

tersebut dilakukan dengan mesin gerinda, sedangkan untuk menghalus

permukaanya dilakukan dengan proses buffing. Prinsipnya sama seperti proses

gerinda, tetapi roda polesnya yang berbeda yaitu terbuat dari bahan katun, kulit,


commit to user

11

laken dan sebagainya. Selain dari pengerjaan seperti tersebut diatas, kadang-

kadang diperlukan proses lain misalnya brushing dan brigthening.

B. Pembersihan dengan Pelarut (Solvent)

Proses pembersihan dengan pelarut bertujuan untuk membersihkan lemak,

minyak, garam dan kotoran-kotoran lainnya dengan pelarut organik. Pembersihan

dilakukan dengan cara vapour degreasing yaitu proses pembersihan dengan

pelarut yang tidak mudah terbakar. Prinsipnya benda diuapkan dengan pelarut

tersebut dalam keadaan panas, kemudian kotoran akan mengembun atau menguap

karena adanya reaksi dari bahan pelarut. Proses pembersihan pada temperatur

kamar yaitu dengan menggunakan pelarut organik, tetapi dilakukan pada

temperatur kamar dengan cara diusap/dioles.

C. Pembersihan dengan Alkalin (Degreasing)

Pekerjaan ini bertujuan untuk membersihkan benda kerja dari lemak atau

minyak -minyak yang menempel. Pembersihan ini perlu sekali. karena lemak

maupun minyak tersebut akan mengganggu pada proses pelapisan. karena

mengurangi kontak antara lapisan dengan logam dasar/benda kerja. Pencucian

dengan alkalin digolongkan dalam dua cara yaitu dengan cara biasa (alkalin

degreasing) dan dengan cara elektro (elektrolitic degreasing). Pembersihan secara

biasa adalah merendamkan benda kerja kedalam larutan alkalin dalam keadaan

panas selama 5-10 menit. Lamanya perendaman harus disesuaikan dengan kondisi

permukaan benda kerja. Seandainya lemak atau minyak yang menempel lebih

banyak, maka dianjurkan lamanya perendaman ditambah hingga permukaan

bersih dari noda-noda tersebut. Pembersihan secara elektro bertujuan selain akan

didapatkan hasil pembersihan yang lebih bersih juga meningkatkan kecepatan

pencucian. Prinsip kerjanya dengan menggunakan arus listrik dan katoda dipakal

dengan lempengan karbon. Bila benda kerja yang akan dibersihkan ditempatkan

pada arus listrik positip, maka prosesnya disebut anoda cleaning/degreasing,

begitu pula sebaliknya.

D. Pencucian dengan Asam (Pickling)

Pencucian dengan asam adalah bertujuan untuk membersihkan permukaan

benda kerja dari oksida atau karat dan sejenisnya secara kimia melalui peredaman.

Larutan asam ini terbuat dari pencampuran air bersih dengan asam antara lain :


commit to user

12

- Asam chlorida (HCL)

- Asam sulfat ( H2SO4}

- Asam sulfat dan asam fluorida (HF)

Reaksi proses pickling sebetulnya adalah proses elektro kimia dalam sel

galvanis antara logam dasar (anoda) dan oksida (katoda). Gas H2 yang timbul

dapat mereduksi ferri oksida menjadi ferro oksida yang mudah larut. Dalam reaksi

ini biasanya diberikan inhibitor agar reaksi tidak terlalu cepat dan menghasilkan

pembersihan yang merata. Untuk benda kerja dari besi/baja cor yang masih

mengandung sisa-sisa pasir dapat digunakan larutan campuran dari asam sulfat

dan asam fluorid, sebab larutan tersebut dapat berfungsi selain untuk

menghilangkan oksida/serpih juga dapat membersihkan sisa-sisa pasir yang

menempel pada benda kerja

2.1.3.2. Prinsip Kerja Lapis Listrik

Pada prinsipnya pelapisan logam dengan cara lapis listrik atau

elektroplating adalah merupakan rangkaian dari arus listrik, anoda, larutan

elektrolit dan katoda (benda kerja). Keempat gugusan ini disusun sedemikian

rupa, sehingga membentuk suatu sistem lapis listrik dengan rangkaian sebagi

berikut:

- Anoda dihubungkan pada kutub positip dari sumber listrik

- Katoda dihubungkan pada kutub negatip dari sumber listrik

- Larutan elektrolit ditampung dalam bak

- Anoda dan katoda direndamkan dalam larutan elektrolit

Untuk lebih jelasnya rangkaian dan prinsip kerja proses lapis listrik dapat

dilihat pada Gambar 2.1

Gambar 2.1. Mekanisme Proses Pelapisan ( Suarsana, 2008 )


commit to user

13

Keterangan :

(1) Anoda (bahan pelapis)

(2) Katoda (benda yang dilapisi)

(3) Elektrolit

(4) Sumber arus searah

Bila arus listnk (potensial) searah dialirkan antara anoda dan katoda dalam

larutan elektrolit, maka muatan ion positif ditarik oleh katoda. Sementara ion

bermuatan negatif berpindah ke arah elektroda bermuatan positif. Ion-ion tersebut

dinetralisir oleh kedua elektroda dan larutan elektrolit yang hasilnya diendapkan

pada elektroda katoda. Hasil yang terbentuk adalah lapisan logam dan gas

hidrogen.

A. Larutan Elektrolit

Suatu proses lapis listrik memerlukan larutan elektrolit yang merupakan

media proses berlangsung. Larutan elektrolit dapat dibuat dari larutan asam dan

garam logam yang dapat membentuk ion-ion positip. Tiap jenis pelapisan, larutan

elektrolitnya berbeda-beda tergantung pada sifat-sifat elektrolit yang diinginkan.

Dalam proses pelapisan tembaga, larutan elektrolit vang dipakai dibuat dari garam

logam copper cyanide (CuCN) dan H20 maka akan terurai seperti benkut :

CuCN ↔ Cu++ + CN =

H2O ↔ H+ + OH-

Larutan elektrolit selalu mengandung garam dari logam yang akan dilapis.

Garam-garam tersebut sebaiknya dipilih yang mudah larut tetapi anionnya tidak

mudah tereduksi. Walaupun anion tidak ikut langsung dalam proses terbentuknya

lapisan, tapi jika menempel pada permukaan katoda (benda kerja) akan

menimbulkan gangguan pada terbentuknya lapisan.

Kemampuan dari ion-ion logam ditentukan oleh konsentrasi dari garam

logamnya, derajat disosiasi dan konsentrasi unsur-unsur lain yang ada di dalam

larutan. Bila konsentrasi logamnya tidak mencukupi untuk diendapkan, akan

terjadi endapan/lapisan yang terbakar pada rapat arus yang relatif rendah. Selain

itu, larutan elektrolit harus mempunyai sifat-sifat seperti covering power,

throwing power dan levelling vang baik.

Beberapa bahan/zat kimia sengaja ditambahkan kedalam larutan elektrolit

bertujuan untuk mendapatkan sifat-sifat lapisan tertentu. Sifat-sifat tersebut

antara lain penampilan (appearance), kegetasan lapisan (brittleness), keuletan


commit to user

14

(ductility), kekerasan (hardness) dan satuan kristal logam yang terjadi

(microstructure).

B. Anoda (elektroda positif)

Pada proses pelapisan secara listrik, peranan anoda sangat penting dalam

menghasilkan kualitas lapisan. Pengaruh kemurnian/kebersihan anoda terhadap

elektrolit dan penentuan optimalisasi ukuran serta bentuk anoda perlu

diperhatikan.

Dengan perhitungan yang cermat dalam menentukan anoda pada proses

pelapisan dapat memberikan keuntungan yaitu meningkatkan distribusi endapan,

mengurangi kontaminasi larutan, menurunkan biaya bahan kimia yang dipakai-

meningkatkan efisiensi produksi dan mengurangi timbulnya masalah-masalah

dalam proses pelapisan.

Adanya arus listrik yang mengalir melalui larutan elektrolit diantara kedua

elektroda, maka pada anoda akan terjadi pelepasan ion logam dan oksigen

(reduksi), selanjutnya ion logam tersebut dan gas hidrogen diendapkan pada

elektroda katoda. Peristiwa ini dikenal sebagai proses pelapisan dengan anoda

terlarut (soluble anoda). Tetapi bila anoda tersebut hanya dipakai sebagai

penghantar arus, anoda ini disebut anoda tak larut (unsoluble anoda).

Anoda tidak larut adalah paduan dari bahan-bahan seperti baja nickel,

paduan timbal-tin, karbon, platina-titanium dan lain sebagainya. Anoda ini

diutamakan selain sebagai penghantar yang baik juga tidak mudah terkikis oleh

larutan dengan atau tanpa aliran listrik. Tujuan dipakainya anoda tidak larut

adalah untuk:

- Mencegah terbentuknya logam yang berlebihan dalam larutan

- Mengurangi nilai investasi peralatan

- Memelihara keseragaman jarak anoda dan katoda

Kerugian penggunaan anoda tidak larut adalah cenderung teroksidasi

unsur-unsur tertentu dari anoda tersebut ke dalam larutan. Oleh karena itu anoda

jenis ini tidak bisa digunakan dalam larutan yang mengandung bahan-bahan

organik (organic agent) atau sianida.

Bagi industri pelapisan, anoda tidak larut kurang begitu diminati, mereka

lebih menyukai memakai anoda terlarut. Hal ini dikarenakan harga anoda terlarut


commit to user

15

2-4 kali lebih murah dibandingkan harga jumlah logam equivalent yang

diserap/diambil dari larutan garam logam. Beberapa kriteria yang perlu

diperhatikan dalam memilih anoda terlarut antara lain adalah :

- Effisiensi anoda yang akan dipakai

- Jenis larutan elektrolit

- Kemurnian bahan anoda

- Bentuk anoda

- Rapat dan kepasitas arus yang disupplay

- Cara pembuatan anoda

Effisiensi anoda akan turun/berkurang akibat adanya logam pengotor

(metallic impuirities) dan kekasaran butiran yang terdapat dalam larutan.

Kemurnian anoda terlarut dapat meningkatkan effisiensi anoda, tetapi rapat arus

yang tinggi pada saat pelapisan berlangsung akan menyebabkan passivasi pada

anoda, sehingga perlu diperhitungkan besarnya rapat arus terhadap luas

permukaan anoda. Pada proses lapis listrik yang umum dipakai perbandingan

anoda dengan katoda adalah 2 : 1, karena kontaminasi anoda adalah

penyebab/sumber utama pengotor, maka usahakan menggunakan anoda semurni

mungkin. Sedapat mungkin menggunakan anoda sesuai dengan bentuk benda

yang akan dilapis. Jarak dan luas permukaan anoda diatur sedemikian rupa,

sehingga dapat menghasilkan lapisan yang seragam dan rata. Rapat arus anoda

diusahakan dalam range yang dikehendaki agar mudah dikendalikan. Contoh dari

bentuk-bentuk anoda dapat dilihat pada gambar 2.2.

Gambar 2.2. Bentuk – Bentuk Anoda Terlarut (saleh 1995)


commit to user

16

C. Air

Pada industri pelapisan secara listrik, air merupakan salah satu unsur

pokok yang seialu harus tersedia. Biasanya pengunaan air pada proses lapis listrik

dikelompokan dalam empat macam yaitu :

- Air untuk pembuatan larutan elektrolit

- Air untuk menambah larutan elektrolit yang menguap

- Air untuk pembilasan dan

- Air untuk proses pendingin

Dari fungsi air tersebut dapat ditentukan kualitas air yang dibutuhkan

untuk suatu proses. Air ledeng dipakai untuk proses pembilasan, pencucian,

proses etsa dan pendingin. Sedangkan air bebas mineral (aquadest) dipakai khusus

untuk pembuatan larutan .

Pada proses pelapisan air yang digunakan harus berkualitas baik. Air

ledeng yang masih mengandung kation dan anion , jika bercampur dengan ion-ion

dalam larutan akan menyebabkan turunnya efisiensi lapisan. Unsur-unsur yang

tidak diinginkan dalam larutan adalah unsur kalsium dan magnesium, karena

mudah bereaksi dengan cadmium sianida, tembaga sianida, perak sianida dan

senyawa-senyawa lainnya, sehingga akan mempercepat kejenuhan larutan.

Umumnya unsur-unsur yang terdapat dalam air adalah kandungan dari

garam-garam seperti, bikarbonat, sulfat, klorida dan nitrat. Unsur-unsur garam

logam alkali (sodium/potassium) tidak begitu mempengaruhi kosentrasi larutan

sewaktu operasi pelapisan berlangsung. Kecuali pada larutan lapis nikel, karena

akan menaikan arus listrik (throwing power), tetapi akan menghasilkan lapisan

yang getas (brittle). Adanya logam-logam berat seperti besi dan mangan sebagai

pengotor menimbulkan cacat-cacat antara lain kekasaran (roughness), gores

(streakness), noda-noda hitam (staining), warna yang suram (iridensceat) atau

mengkristal, modular dan keropos. Untuk itu maka diperlukan air murni (reagent

water) untuk membuat larutan dan menggantikan larutan yang menguap.

2.2. Kajian Yang Telah Dilakukan

Penelitian yang dilakukan oleh Nugroho ( 2008 ) menunjukkan bahwa

faktor yang mempengaruhi ketebalan dan kekasaran permukaan lapisan adalah


commit to user

17

besarnya tegangan dan arus yang digunakan saat proses elektroplating. Penelitian

menggunakan benda kerja baja ST 37 yang dilapisi tembaga melalui proses

elektroplating dengan memvariasikan besarnya tegangan. Variasi tegangan yang

digunakan yaitu 6, 12, 24, 36, dan 48V untuk jarak anoda-katoda konstan 15 dan

22 cm. Sementara itu temperatur yang dipakai adalah 70°- 80°C. Hasil

menunjukkan bahwa untuk jarak anoda – katoda 15cm dengan kenaikan tegangan

6V sampai 48V memberikan ketebalan lapisan dari 11 hingga 106 µm dan

kekasaran dari 0,5 sampai 2,42 µm. Sedangkan jarak 22 cm memberikan kenaikan

ketebalan antara 5 dan 36 µm dan kekasaran antara 0,35 hingga 1,46 µm.

Khakim ( 2008 ) meneliti tentang pengaruh arus plating dan jarak anoda-

katoda terhadap ketebalan dan adhesivitas dengan proses elektroplating tembaga

pada baja JIS G 3141. Pada proses ini digunakan variasi arus plating (0.5, 1, dan

1.5 A) dan jarak anoda-katoda (10, 20, dan 30 cm). Berdasarkan hasil penelitian

dapat dilihat bahwa peningkatan arus plating dan jarak anoda-katoda akan

menaikkan ketebalan lapisan tembaga. Sedangkan adhesivitas lapisan tembaga

cukup baik pada semua spesimen. Hasil percobaan terbaik didapatkan ketebalan

9,4 µm pada arus 1,5 A dengan jarak elektroda sebesar 10 cm.

Penelitian Santosa dan Syamsa ( 2007 ) mnunjukkan bahwa tebal lapisan nikel

pada medali yang terbuat dari bahan tembaga akan dipengaruhi oleh parameter

rapat arus, temperatur dan waktu pelapisan.

Penelitian yang dilakukan oleh Suarsana ( 2008 ) menunjukkan bahwa

dengan meningkatnya variasi waktu pencelupan maka ketebalan hasil pencelupan

akan meningkat demikian juga tingkat kecerahannya pada pelapisan nikel dengan

benda uji dari tembaga.

Samudro (2009) meneliti pengaruh variasi tegangan dan jarak antara

anoda dan katoda terhadap ketebalan lapisan permukaan pada proses

elektroplating khrom dekoratif (lapis tembaga, nikel dan khrom) pada baja. Pada

proses ini menggunakan variasi tegangan 1, 2, 3,9, 10, 12, 16, 20, 24 dan 28

dengan arus dan temperatur dijaga konstan. Dari hasil penelitian di dapatkan hasil

ketebalan optimal pada variasi tegangan 12 V, dengan jarak anoda-katoda 295

mm dan ketebalan lapisan mencapai 19 µm.


commit to user

18

BAB III

METODE PENELITIAN

Tahapan penelitian dilaksanakan sesuai dengan diagram alir penelitian

yang ditunjukkan pada gambar 3.1

Gambar 3.1 Diagram alir Proses Pelapisan Tembaga

Selesai

Persiapan speesimen uji

Pelapisan Tembaga Variasi temperatur : 25-30ºC,35-40ºC,45-50ºCº,55-60ºC. Variasi arus : 0.5, 1, 1.5, 2 A

Analisis

Kesimpulan

Pengerjaan awal Pre Treatment

Pembilasan

Pengujian ketebalan lapisan

Pengujian adhesivitas

Mulai


commit to user

19

3.2. Bahan Penelitian

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini :

a. Logam yang dilapisi adalah baja karbon rendah AISI 1025

b. Logam pelapis adalah Tembaga murni

c. Larutan elektrolit yang digunakan adalah Tembaga Sianida (CuCN)

3.3. Mesin Dan Alat Yang Digunakan

Proses pelapisan dan pengujian logam dilakukan di laboratorium Bahan

Jurusan Teknik Mesin UNS. Adapun alat yang digunakan sebagai berikut :

a. Rectifier

Rectifier adalah suatu alat yang dapat mengubah listrik arus bolak balik

menjadi searah. Dengan rectifier tegangan dan arus yang akan digunakan dalam

penelitian dapat diatur.

b. Bak plating (bak penampung)

Bak plating berfungsi sebagai tempat untuk menampung larutan elektrolit

yang akan digunakan di dalam penelitian Bak plating atau bak penampung

diupayakan tidak terbuat dari logam, karena larutan elektrolit yang digunakan

dalam proses pelapisan elektroplating bersifat korosif terhadap logam.

c. Bak pembersih

Setelah spesimen diplating, spesimen dibilas dengan air bersih pada bak

pembersih yang telah disiapkan. Bak pembersih ini berfungsi untuk

membersihkan spesimen dari sisa larutan plating

d. Stop watch

Digunakan untuk menghitung waktu pencelupan.

e. Amplas

Digunakan untuk menghaluskan permukaan benda kerja dan untuk

menghilangkan lapisan oksida yang melapisi permukaan logam.

f. Jangka sorong

Alat ini dipakai untuk mengukur dimensi spesimen.

i. kompor

Digunakan untuk memanaskan larutan elektrolit sehingga diperoleh

temperatur yang diinginkan.


commit to user

20

j. Termometer

Digunakan untuk mengukur suhu larutan elektrolit sehingga diketahui

temperatur dari larutan itu sesuai dengan suhu yang dipergunakan.

k. Coating thickness gauge

Untuk mengukur ketebalan lapisan logam yang melapis logam induk pada

proses electroplating digunakan coating thickness gauge.

Gambar. 3.2. Coating thickness measuring instrument

3.4. Pelaksanaan Penelitian

3.4.1 Persiapan Spesimen Uji

Penelitian ini untuk mengkaji pengaruh jarak antara katoda anoda dan

lama waktu tahan terhadap ketebalan dan adhesivitas lapisan dengan proses

elektroplating tembaga. Bahan substrat yang digunakan dalam penelitian adalah

plat strip dengan ukuran panjang 100 mm, lebar 20 mm, tebal 1 mm kemudian

permukaan benda uji dihaluskan dengan menggunakan gerinda dan dihaluskan

lagi dengan menggunakan kertas amplas.

3.4.2. Pengerjaan Awal

Setelah spesimen benda uji halus dan rata, maka dilakukan proses

degreasing, yaitu pencucian spesimen benda uji dengan detergen agar kotoran dan

lemak-lemak pada saat proses permesinan hilang dan bersih. Kemudian setelah itu

dilakukan proses rinsing atau pembilasan dengan air bersih dan benda uji

dikeringkan dengan cara dijemur di bawah sinar matahari. Proses pengetsaan


commit to user

21

dilakukan dengan mencelupkan spesimen pada larutan asam sulfat (H2SO4) pada

suhu 70-90oC selama 1-5 menit. Tujuan dari pengetsaan adalah untuk

membersihkan benda kerja dari lapisan oksida dan unsur-unsur pengotor lainnya

yang menempel, sehingga akan menghasilkan daya adhesi pada permukaan benda

kerja yang kuat.

3.4.3. Proses Pelapisan

Langkah - langkah dalam proses pelapisan :

1. Mempersiapkan seluruh alat dan bahan yang akan digunakan dalam proses

pelapisan seperti larutan tembaga sianida, logam pelapis, rectifier, stopwatch,

termometer.

2. Menimbang berat spesimen sebelum dilapisi dengan neraca digital.

3. Proses pelapisan

a. Spesimen yang akan dilapis diletakkan pada kutub negatif dan plat tembaga

pada kutub positif.

b. Spesimen dicelupkan kemudian stop kontak dihidupkan.

c. Pencelupan dilakukan dengan memvariasikan :

- temperatur elektrolit = 25-30ºC, 35-40ºC, 45-50 ºC, 55-60 ºC

- Arus 0.5 , 1 , 1.5 dan 2 A dengan waktu 5 menit dan jarak 20 mm.

d. Spesimen di angkat dari dalam larutan.

4. Pembilasan spesimen.

5. Menimbang spesimen setelah dilapisi

5. Pengujian ketebalan lapisan dan pengujian adhesivitas lapisan..

6. Pengolahan data hasil penelitian.

3.5. Pengujian

3.5.1. Pengujian Tampak Fisik

Pengujian ini untuk mengetahui perubahan secara fisik yang terjadi

terhadap masing-masing benda uji setelah mendapat proses elektroplating dengan

cara melihat dan memotret setiap benda uji.


commit to user

22

3.5.2 . Pengujian Ketebalan Lapisan

Melakukan pengukuran ketebalan tembaga yang melapis permukaan

spesimen uji dengan alat Coating Thickness Measuring Instrument, dimana

pengujian dengan alat ini tidak akan merusak spesimen uji yang telah ada.

3.5.3. Pengujian Tingkat Adhesivitas Lapisan

Melakukan pengujian tingkat adhesivitas lapisan tembaga yang melapis

masing-masing spesimen uji dengan melakukan Bend Test sesuai dengan ASTM B

571-97. Hasil dari pengujian ini dapat menyimpulkan tingkat adhesivitas

pelapisan tembaga pada masing-masing spesimen uji secara kualitatif.


commit to user 23

BAB IV

DATA DAN ANALISIS 4.1 Pengamatan Tampak Fisik

Pengamatan tampak fisik dilakukan setelah proses pelapisan selesai.

Sebelumnya, spesimen diangkat dari larutan elektrolit, lalu dibilas kemudian

dikeringkan. Apabila permukaan spesimen benar-benar sudah bersih dan kering,

masing-masing spesimen dari masing-masing variasi diamati secara visual,

dibandingkan, kemudian diambil fotonya (Gambar 4.1 s.d 4.4).

Gambar 4.1 Spesimen hasil pelapisan pada temperatur 25-30° C

Gambar 4.2 Spesimen hasil pelapisan pada temperatur 35-40 C

2 A 1,5 A 1 A 0,5 A

2 A 1,5 A 1 A 0,5 A


commit to user 24



Dari hasil pengamatan dapat dilihat bahwa hasil pelapisan antar variasi arus

0.5, 1, 1.5 dan 2A terdapat perbedaan bahwa pada variasi arus 0.5 A untuk variasi

temperatur 25-30 C lapisan tembaga hasil pelapisan terlihat sangat tipis yaitu

0.730µm hingga logam dasarnya hampir terlihat. Hal ini disebabkan karena arus yang

dipakai terlalu kecil dan temperatur yang digunakan juga rendah sehingga proses

pelapisan berlangsung sangat lambat. Bila kuat arus yang mengalir terlalu besar,

maka hasil pelapisan akan berwarna hitam atau terbakar. Hal ini terlihat pada hasil

pelapisan variasi arus 1.5 dan 2 A pada semua variasi temperatur.

0,5 A 1,5 A 1 A 2 A

0.5 A 1 A 1.5 A 2 A


commit to user 25

4.2 Ketebalan Lapisan

Setelah dilakukan pengamatan tampak fisik, permukaan spesimen hasil

pelapisan harus dijaga untuk tetap bersih karena akan dilakukan pengujian ketebalan

lapisan. Pengukuran ketebalan lapisan tembaga ini dilakukan dengan menggunakan

alat coating thickness measuring instrument Dualscope MPOR. Sebelum dilakukan

pengukuran, terlebih dahulu melakukan setting alat ukur untuk base metal Fe dan

kalibrasi. Setelah itu baru dilakukan pengukuran ketebalan lapisan tembaga hasil

pelapisan.

Dari setiap spesimen dilakukan pengukuran pada 3 titik dimana untuk setiap

variasi terdiri atas masing-masing 3 spesimen. Kemudian dari pengukuran 3 titik

tersebut diambil rata-ratanya (Lampiran Tabel.1). Dari data pengukuran yang

diperoleh, kemudian diambil ketebalan rata-ratanya untuk setiap variasi arus.

Ketebalan rata-rata untuk setiap variasi arus tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.6.

Gambar 4.5. Grafik ketebalan lapisan sebagai fungsi arus listrik.


commit to user 26

Gambar 4.6. Grafik ketebalan lapisan sebagai fungsi temperatur.

Dari gambar 4.5 dan Gambar 4.6 dapat dilihat bahwa semakin besar arus dan

semakin tinggi temperatur maka ketebalan lapisan yang dihasilkan juga akan semakin

tinggi. Arus yang semakin besar akan makin mempercepat proses pelapisan.

Demikian juga semakin tinggi temperatur, ketebalan lapisan akan semakin

meningkat. Hal ini disebabkan semakin tinggi temperature akan mempercepat daya

larut serta mobilitas ion logam ke benda kerja, sehingga ketebalan lapisan akan

semakin meningkat. Hal ini berarti rapat arus berbanding lurus dengan laju ketebalan

logam tembaga yang terlapis.

Dari spesimen hasil pelapisan dengan lama waktu pelapisan 5

menit,temperatur 55-60 C dan jarak elektroda 2 cm dengan variasi arus 0.5, 1, 1.5 dan

2A ketebalan lapisan tembaga yang diperoleh berturut-turut 1.13, 2.30, 3.27 dan 4.77

µm. Oleh karena itu dapat dilihat bahwa semakin besar arus dalam proses pelapisan

maka semakin besar pula ketebalan lapisan tembaga yang dihasilkan.

Secara teoritis untuk variasi arus 0.5 A pada waktu pelapisan 5 menit dapat

dilakukan perhitungan di bawah ini :

Diketahui : Arus terpakai

Waktu (H)

Berat lapisan terukur (We)

: 0,5 A

: 5 menit = 300 sekon = 0,083 jam

: 0.15 gr


commit to user 27

Luas permukaan katoda

Luas permukaan anoda

: 2 ((100x20) + (100x1) +(20x1))

: 42.40 cm2

: 0.00424 m2

: 92.2 cm2

: 0.00922 m2

BE (Berat Atom) : 63.55

Valensi : 2

Berat lapisan teoritis (Bteori)

Bteori (Wt) = F

etI ..=

96500

.300.5,0valensi

BEsA

= 0,0495 gr

Efisiensi katoda (ηkatoda)

ηkatoda = %100WtWe

x = %1000,0490,040

x = 81,60 %

Rapat Arus katoda = katodaAI

= 00424.0

5,0 = 117.9 2m

A

Rapat Arus anoda = anodaA

I =

00922.05,0

= 54.2 2mA

Dengan cara yang sama, dilakukan juga perhitungan untuk variasi arus 1, 1.5

dan 2A. Maka akan didapatkan data hasil perhitungan efisiensi katoda pada proses

pelapisan tembaga yang dilakukan seperti pada Tabel 4.1 s.d 4.4.

Tabel 4.1 Hasil perhitungan pelapisan tembaga dengan variasi arus dan temperatur 55-60 C

Arus terpakai 0.5 1 1.5 2

Berat lap terukur 0.040 0.081 0.100 0.110

Berat lap teoritis 0.049 0.098 0.148 0.197

Rapat arus katoda 117.9 A/m2 235.8 A/m2 357.7 A/m2 471.7 A/m2

Rapat arus anoda 54.2 A/m2 108.5 A/m2 162.7 A/m2 216.9 A/m2

η katoda 81.6 82.65 67.57 65.98


commit to user 28

Tabel 4.2 Hasil perhitungan pelapisan tembaga dengan variasi arus dan temperatur 45-50 C

Arus Terpakai 0.5 1 1.5 2

Berat Lap terukur 0.031 0.080 0.095 0.103




η katoda 63.27 81.63 64.19 52.28

Tabel 4.3 Hasil perhitungan pelapisan tembaga dengan variasi arus dan

temperatur 35-40 C Arus Terpakai 0.5 1 1.5 2





η katoda 61.22 77.55 57.43 47.21

Tabel 4.4 Hasil perhitungan pelapisan tembaga dengan variasi arus dan

temperatur 25-30 C Arus Terpakai 0.5 1 1.5 2





η katoda 57.14 66.33 55.40 46.19

Dari Tabel 4.1, 4.2, 4.3 dan 4.4 dapat dibuat grafik antara efisiensi dengan

arus yang terpakai dalam proses pelapisan dan grafik antara berat lapisan dan arus

terpakai.


commit to user 29

Gambar 4.7. Grafik berat lapisan sebagai fungsi dari arus listrik.

Gambar 4.8. Grafik efisiensi sebagai fungsi dari arus listrik.

Gambar 4.9. Grafik efisiensi sebagai fungsi dari temperatur.

Dari gambar 4.7 dapat dilihat bahwa semakin besar arus maka berat lapisan

semakin meningkat.


commit to user 30

Dari Gambar 4.8 dan 4.9 terlihat pada variasi arus 0.5 A efisiensinya cukup

tinggi. Kemudian untuk variasi 1 A efisiensi meningkat karena berat tembaga yang

terlapis pada penelitian semakin mendekati berat tembaga yang dapat terlapis secara

teoritis. Namun untuk variasi arus di atas 1 A yaitu pada variasi 1.5 dan 2 A pada

semua variasi temperatur terjadi penurunan efisiensi katoda. Penurunan ini

disebabkan karena pemakaian arus yang terlalu besar. Arus yang terlalu besar akan

semakin memepercepat proses reaksi yang menyebabkan gelembung-gelembung gas

disekitar benda kerja terlalu banyak. Hal tersebut mengakibatkan terhambatnya

partikel-partikel logam tembaga yang akan menempel secara sempurna pada benda

kerja. Jadi meskipun pada variasi ini ketebalan lapisan tembaga bertambah namun

lebih banyak yang terbuang ke dalam larutan. Pada saat reaksi sangat terlihat larutan

elektrolit terlihat kotor.

4.3 Adhesivitas Lapisan

Pengujian tingkat adhesivitas dilakukan dengan cara pengujian bend test.

Setelah dilakukan pengujian tehadap spesimen untuk setiap variasi sesuai dengan

ASTM B 571-97, dapat dilihat bahwa tidak terjadi retakan pada lapisan tembaga

sesudah spesimen diuji bending. Maka dari hasil pengujian tersebut dapat dianalisis

bahwa hasil pengujian tingkat adhesivitas lapisan tembaga untuk setiap variasi arus

yaitu 0.5, 1, 1.5 dan 2 A mempunyai tingkat adhesivitas yang baik karena tidak

terjadi retakan pada lapisan tembaga setelah dilakukan bending. Hasil dari pengujian

bend test dapat dilihat pada gambar 4.10 s.d 4.13.

Gambar 4.10 Foto Spesimen dengan variasi temperatur 25-30 C


commit to user 31

Gambar 4.11 Foto spesimen dengan variasi temperatur 35-40 C




commit to user 32

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian, pengujian dan analisis proses elektroplating

tembaga pada baja karbon rendah dapat disimpulkan sebagai berikut:

1. Besarnya arus dan temperatur yang diatur berpengaruh pada peningkatan

ketebalan lapisan. Semakin besar arus dan temperatur yang diatur maka

ketebalan lapisan akan semakin bertambah. Ketebalan lapisan tembaga paling

besar pada penelitian ini adalah hasil elektroplating dengan variasi arus 2 A

dengan temperatur 55-60 C yaitu 4.767 µm. Sementara ketebalan lapisan

tembaga hasil elektroplating paling kecil yaitu pada variasi arus 0.5 A dan

temperatur 25-30 C yaitu 0.730 µm.

2. Efisiensi optimum proses pelapisan terdapat pada variasi arus 1 A.

3. Hasil pengujian tingkat adhesivitas lapisan tembaga dengan bend test

diperoleh hasil bahwa tingkat adhesivitas lapisan tembaga untuk setiap variasi

adalah baik.

5.2 Saran

Berdasarkan pelaksanaan dan hasil penelitian dapat disarankan;

1. Melakukan penelitian dengan memvariasikan parameter-parameter lain yang

dapat mempengaruhi proses pelapisan.

2. Melakukan penelitian untuk proses pelapisan lanjutan dari pelapisan tembaga

yaitu pelapisan nikel dan krom.

Pengaruh-Parameter-Temperatur-dan-Kuat-Arus-Listrik ...

Documents

Transcript of Pengaruh-Parameter-Temperatur-dan-Kuat-Arus-Listrik ...