Pelapisan Logam Secara Listrik (Elektroplating) Dengan Penerapan Nanoteknologi Untuk Mencegah Korosi

math-05-june

1. KOROSI

Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam, logam adalah Dalam kimia, sebuah logam (bahasa Yunani: Metallon) adalah sebuah unsur kimia yang siap membentuk ion (kation) dan memiliki ikatan logam, dan kadangkala dikatakan bahwa ia mirip dengan kation di awan elektron. Metal adalah salah satu dari tiga kelompok unsur yang dibedakan oleh properti ionisasi dan ikatan, bersama dengan metaloid dan nonlogam. Dalam tabel periodik, garis diagonal digambar dari boron (B) ke polonium (Po) membedakan logam dari nonlogam. Unsur dalam garis ini adalah metaloid, kadangkala disebut semi-logam; unsur di kiri bawah adalah logam; unsur ke kanan atas adalah nonlogam. akibat reaksi dengan lingkungan yang korosif.

Korosi dapat juga diartikan sebagai serangan yang merusak logam karena logam bereaksi secara kimia atau elektrokimia dengan lingkungan. Yang dimaksud elektrokimia adalah Elektrokimia adalah ilmu yang mempelajari aspek elektronik dari reaksi kimia. Elemen yang digunakan dalam reaksi elektrokimia dikarakterisasikan dengan banyaknya elektron yang dimiliki. Elektrokimia secara umum terbagi dalam dua kelompok, yaitu sel galvanik dan sel elektrolisa.

Ada definisi lain yang mengatakan bahwa korosi adalah kebalikan dari proses ekstraksi logam dari bijih mineralnya yaitu proses pemisahan suatu zat berdasarkan perbedaan kelarutannya terhadap dua cairan tidak saling larut yang berbeda, biasanya air dan yang lainnya pelarut organik.. Contohnya, bijih mineral logam besi di alam bebas ada dalam bentuk senyawa besi oksida atau besi sulfida, setelah diekstraksi dan diolah, akan dihasilkan besi yang digunakan untuk pembuatan baja atau baja paduan. Selama pemakaian, baja tersebut akan bereaksi dengan lingkungan yang menyebabkan korosi (kembali menjadi senyawa besi oksida).

2.ELEKTROPLATING

Elektroplating merupakan suatu proses yang digunakan untuk memanipulasi
sifat suatu substrat dengan cara melapisinya dengan logam lain.Proses elektroplating banyak dibutuhkan oleh industri penghasil benda logam, diantaranya industri
komponen elektronika, peralatan listrik, peralatan olah-raga, peralatan dapur, dan
sebagainya. Namun demikian proses elektroplating dalam prakteknya masih sulit
dilakukan oleh karena pengendaliannya masih membutuhkan tenaga ahli yang
berpengalaman.

Hasil yang diperoleh dalam proses elektroplating dipengaruhi oleh banyak
variabel, diantaranya larutan yang digunakan, suhu larutan, durasi plating, tegangan
antara kedua elektroda, keadaan elektroda yang digunakan, dan sebagainya.

àELEKTROLIT

Elektrolit adalah suatu zat yang larut atau terurai ke dalam bentuk ion-ion dan selanjutnya larutan, larutan adalah campuran homogen yang terdiri dari dua atau lebih zat. Zat yang jumlahnya lebih sedikit di dalam larutan disebut (zat) terlarut atau solut, sedangkan zat yang jumlahnya lebih banyak daripada zat-zat lain dalam larutan disebut pelarut atau solven. Komposisi zat terlarut dan pelarut dalam larutan dinyatakan dalam konsentrasi larutan, sedangkan proses pencampuran zat terlarut dan pelarut membentuk larutan disebut pelarutan atau solvasi.  menjadi konduktor elektrik, konduktor elektrik adalah material yang dapat menghantarkan arus listrik dengan mudah. ion-ion merupakan atom-atom bermuatan elektrik.

Elektrolit bisa berupa air, asam, basa atau berupa senyawa kimia lainnya. Elektrolit umumnya berbentuk asam, basa atau garam. Beberapa gas tertentu dapat berfungsi sebagai elektrolit pada kondisi tertentu misalnya pada suhu tinggi atau tekanan rendah. Elektrolit kuat identik dengan asam, basa, dan garam kuat. Elektrolit merupakan senyawa yang berikatan ion dan kovalen polar. Sebagian besar senyawa yang berikatan ion merupakan elektrolit sebagai contoh ikatan ion NaCl yang merupakan salah satu jenis garam yakni garam dapur. NaCl dapat menjadi elektrolit dalm bentuk larutan dan lelehan. atau bentuk liquid dan aqueous. sedangkan dalam bentuk solid atau padatan senyawa ion tidak dapat berfungsi sebagai elektrolit.

àANODA

Anoda adalah elektroda, elektroda adalah konduktor yang digunakan untuk bersentuhan dengan bagian atau media non-logam dari sebuah sirkuit (misal semikonduktor, elektrolit atau vakum). Bisa berupa logam maupun penghantar listrik lain, pada sel elektrokimia yang terpolarisasi jika arus listrik mengalir ke dalamnya. Arus listrik mengalir berlawanan dengan arah pergerakan elektron. Pada proses elektrokimia, baik sel galvanik (baterai) maupun sel elektrolisis, anoda mengalami oksidasi.

àKATODA

katoda adalah elektroda dalam sel elaktrokimia yang terpolarisasi jika arus listrik mengalir keluar darinya. Pada baterai biasa (Baterai Karbon-Seng), yang menjadi katoda adalah seng, yang juga menjadi pembungkus baterai. Sedangkan, pada baterai alkalin, yang menjadi katoda adalah mangan dioksida (MnO2).

HUKUM FARADAY 1

Massa zat yang terbentuk pada masing-masing elektroda sebanding dengan kuat arus/arus listrik yang mengalir pada elektrolisis tersebut.

Rumus:

m = e . i . t / 96.500

q = i . t

m = massa zat yang dihasilkan (gram)

e = berat ekivalen = Ar/ Valens i= Mr/Valensi

i = kuat arus listrik (amper)

t = waktu (detik)

q = muatan listrik (coulomb)

HUKUM FARADAY II

Massa dari macam-macam zat yang diendapkan pada masing-masing elektroda (terbentuk pada masing-masing elektroda) oleh sejumlah arus listrik yang sama banyaknya akan sebanding dengan berat ekivalen masing-masing zat tersebut.”

Rumus:

m1 : m2 = e1 : e2

m = massa zat (garam)

e = beret ekivalen = Ar/Valensi = Mr/Valensi

3.PELAPISAN  NONTEKNOLOGI

Kromium heksavalen, Cr (VI), banyak digunakan oleh industri sebagai bahan pelapis yang mencegah korosi. Logam ini juga banyak digunakan oleh industri pembuatan stainless steel, welding, aplikasi cat & pigmen, electroplating, dan berbagai proses coating lainnya. Logam yang terdapat secara alami di alam ini diketahui memiliki sifat toksik dan bersifat karsinogen bagi manusia jika diinhalasi. Sebagai contoh, sebuah stasiun sistem pendinginan secara berkala akan mengaplikasikan cat anti korosi pada koil pendinginnya dan melepas limbah air yang mengandung kromium ke lingkungan. Walaupun Cr (VI) bersifat toksik, logam ini masih merupakan bahan penting dalam industri logam hulu sebagai pengontrol korosi. Namun dampak lingkungan dan kesehatan yang disebabkannya, dan semakin ketatnya regulasi yang berkaitan, menyebabkan ilmuwan berinisiatif untuk mengembangkan sistem pelapisan generasi baru.

Material baru yang sedang dikembangkan dan digunakan industri modern mensyaratkan peningkatan sistem pelapisan yang sulit sehingga meningkatkan kinerja dan daya tahannya. Dengan semakin menurunnya kualitas lingkungan akibat faktoraktifitas industri, keramahan terhadap lingkungan merupakan aspek penting yang menjadi perhatian dalam perancangan material baru – dan Cr (VI) tentunya tidak memenuhi persyaratan tersebut. Lebih lanjut lagi, sementara pelapisan korosi konvensional hanya menjadi penghalang pasif yang mencegah interaksi spesi korosif dengan logam, pelapisan nanoteknologi di masa datang merupakan materi yang ‘pintar’, materi yang memiliki beberapa kegunaan sehingga memberi hasil berupa kemampuan memperbaiki diri sendiri.

Keseluruhan konsep mengenai material ‘pintar’ yang dapat bereaksi terhadap dampak eksternal (pH, perubahan kelembaban, atau distorsi kesatuan pelapis) dan dapat memperbaiki diri telah mendapat perkembangan yang sangat besar dengan hadirnya nanoteknologi. Struktur pelapisan multilayer skala nano, dimana komponen-komponennya terintegrasi dan saling reaktif, adalah pokok utama dalam sistem proteksi korosi yang kuat dan rumit.

Para peneliti di Jerman telah mengembangkan metode baru untuk proteksi korosi multilayer di dalamnya termasuk perlakuan awal terhadap permukaan logam dengan sonikasi dan deposisi polielektrolit (polimer dengan gugus elektrolit) serta inhibitor. Hasil dari metode ini adalah terbentuknya smart polymer nanonetwork (polimer dengan jaringan skala nano) ramah lingkungan sebagai inhibitor korosi organik.

Sistem pelapisan baru ini memiliki daya tahan yang sangat tinggi terhadap serangan korosi, kestabilan jangka panjang pada media yang agresif, ramah lingkungan dan prosedur preparasi yang mudah dan ekonomis.

Tes korosi 21 hari dalam larutan NaCl 0,1 M: pencitraan SEM dan foto plat aluminium yang tidak dilindungi dan mengalami degradasi korosi (kiri) dan plat aluminium tahan korosi yang dilapisi polielektrolit (kanan)

Pokok dari sistem baru yang diajukan ini adala pendekatan proteksi multi-level, dimana sistem yang protektif – smart multilayer – bukan hanya menjadi penghalang bagi dampak eksternal, tapi juga merespon perubahan yang terjadi pada struktur internalnya, dan dalam sistem yang sama mengkombinasikan mekanisme pencegah dan perbaikan kerusakan.

Ilmuwan-ilmuwan dari institut Max-Planck mengawali penelitian dari asumsi bahwa prosedur deposisi lapisan per lapisan (layer by layer (LbL)), merupakan solusi efektif preparasi pelapisan antikorosi yang dapat memperbaiki diri sendiri. Proses LbL meliputi penyusunan polielektrolit dan inhibitor atau nanopartikel pada substrat dengan ketepatan pada skala nano sehingga dapat terbentuk lapisan yang multifungsi.

Perlakuan awal berupa sonikasi permukaan aluminium membentuk lapisan yang seragam. Permukaan yang disonikasi terlebih dahulu memiliki sifat yang lebih baik dalam hal kebasahan, adesi, dan ikatan kimia dengan lapisan polimer pada pelapisan LbL selanjutnya. Setelah perlakuan awal, terbentuk lapisan polielektrolit dan inhibitor dengan tebal 5-10 nm dengan deposisi LbL pada paduan aluminium.

Para ilmuwan terkagum dengan kemampuan lapisan polielektrolit yang hanya setebal skala nanometer dalam memberi perlindungan efektif paduan aluminium terhadap korosi. Mereka menjelaskan bahwa sifat dasar lapisan antikorosi ini secara simultan memberi tiga mekanisme perlindungan korosi: 1) pasifasi degradasi logam dengan mengontrol pelepasan inhibitor; 2) menyangga perubahan pH pada daerah korosif oleh lapisan polielektronik; dan 3) memperbaiki sendiri defek pada film akibat mobilitas konbstituen polielektrolit pada penyusunan LbL. Karena pelepasan inhibitor distimulasi oleh spesi korosif dan produk korosif, pelapisan ‘pintar’ ini memberi aktifitas perbaikan diri jangka panjang.

Metode perlindungan anti korosi ini memiliki potensi aplikasi yang sangat luas. Semua komponen (polielektrolit dan inhibitor) dapat disesuaikan untuk berbagai permukaan aplikasi. Sistem pelapisan baru ini dapat diaplikasikan dalam dirgantara, otomotif, industri maritim dan bidang lainnya yang rentan terhadap kerusakan akibat korosi, seperti pipa gas dan minyak.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>