Elektroplating

ELECTROPLATING

Pengertian Electroplating

            Dalam teknologi pengerjaan logam, proses electroplating dikategorikan sebagai proses pengerjaan akhir (metal finishing). Secara sederhana, electroplating dapat diartikan sebagai proses pelapisan logam, dengan menggunakan  bantuan arus listrik dan senyawa kimia tertentu guna memindahkan partikel logam pelapis ke 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 tersebut selain anoda yang digunakan, adalah larutan elektrolisisnya. Dalam penelitian yang baru belakangan ini (tahun 2004), dilakukan oleh Tadashi Doi dan Kazunari Mizumoto, mereka menemukan larutan baru (elektrolisis) yang dinamakan larutan citrate ( kekerasan deposit mencapai 440 VHN).

            Proses electroplating 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.Karena itu, tujuan pelapisan logam tidak luput dari tiga hal, yaitu untuk meningkatkan sifat teknis/mekanis dari suatu logam, yang kedua melindungi logam dari korosi, dan ketiga memperindah tampilan (decorative).

Prinsip Dasar Electroplating

            Kita mengenal istilah anoda, katoda, larutan elektrolit.Ketiga istilah tersebut digunakan seluruh literatur yang berhubungan dengan pelapisan material khususnya logam dan diilustrasikan seperti pada Gambar 1.

·        Anoda adalah terminal positif, dihubungkan dengan kutub positif dari sumber arus listrik. Anoda dalam larutan 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

Gambar 1. Anoda, Katoda, dan Elektrolit

·        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 positf atau negatif.

Karena electroplating adalah suatu proses yang menghasilkan lapisan tipis logam di atas permukaan logam lainnya dengan cara elektrolisis, maka perlu kita ketahui skema proses electroplating tersebut.

Skema Proses Electroplating

            Perpindahan ion logam dengan bantuan arus listrik melalui larutan elektrolit sehinnga 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.

Gambar 2. Skema proses electroplating

            Reaksi kimia yang terjadi pada proses electroplating seperti yang terlihat pada Gambar 2 dapat dijelaskan sebagai berikut:

Pada KATODA

Pembentukan lapisan Nikel

Ni²⁺_(aq)­ + 2e­­­­^- →Ni _(s)

Pembentukan gas Hidrogen

2H⁺_(aq)­ + 2e­­­­^- →H_{2 (g)}

Reduksi oksigen terlarut

½ O_{2 (g)} + 2H⁺ →H₂O _(l)

Mekanisme terjadinya pelapisan logam adalah dimulai dari dikelilinginya ion-ion logam oleh molekul-molekul pelarut yang mengalami polarisai.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 reaski-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.

Variasi Electroplating

a.                  Elektroplating Tembaga-Nikel-Khrom

Proses pelapisan tembaga-nikel-khrom terhadap logam ferro atau kuningan sebagai logam yang dilapis adalah satu cara untuk melindungi logam terhadap serangan korosi dan untuk mendapatkan sifat dekoratif. Cara pelapisan tembaga-nikel-khrom dengan metode elektroplating adalah sebagai berikut:Pelapisan menggunakan arus searah. Cara kerjanya mirip dengan elektrolisa, dimana logam pelapis bertindak sebagai anoda,sedangkan logam dasarnya sebagai katoda. Cara terakhir ini yang disertai dengan perlakuan awal terhadap benda kerja yang baik mempunyai berbagai keuntungan dibandingkan dengan cara-cara yang lain.

Keuntungan-keuntungan tersebut antara lain:

a. Lapisan relatif tipis.

b. Ketebalan dapat dikontrol.

c. Permukaan lapisan lebih halus.

d. Hemat dilihat dari pemakaian logam khrom.

Pengerjaan elektroplating tembaga-nikel-khrom pada dasarnya terbagi atas tiga proses yaitu perlakuan awal, proses pelapisan dan proses pengolahan akhir hasil elektroplating.Proses elektroplating ini terdapat tiga jenis proses pelapisan yaitu yang pertama adalah pelapisan logam dengan Tembaga, lalu dilanjutkan dengan pelapisan Nikel dan yang terakhir benda dilapis dengan Khrom.

b.                  Pelapisan Tembaga

Tembaga atau Cuprum (Cu) merupakan logam yang banyak sekali digunakan, karena mempunyai sifat hantaran arus dan panas yang baik.Tembaga digunakan untuk pelapisan dasar karena dapat menutup permukaan bahan yang dilapis dengan baik.Pelapisan dasar tembaga dipelukan untuk pelapisan lanjut dengan nikel yang kemudian yang kemudian dilakukan pelapisan akhir khrom.

Aplikasi yang paling penting dari pelapisan tembaga adalah sebagai suatu lapisan dasar pada pelapisan baja sebelum dilapisi tembaga dari larutan asam yang biasanya diikuti pelapisan nikel dan khrom.Tembaga digunakan sebagai suatu lapisan awal untuk mendapatkan pelekatan yang bagus dan melindungi baja dari serangan keasaman larutan tembaga sulfat.Alasan pemilihan plating tembaga untuk aplikasi ini karena sifat penutupan lapisan yang bagus dan daya tembus yang tinggi.

Ø  Sifat-sifat Fisika Tembaga

1.Logam berwarna kemerah-merahan dan berkilauan

2.Dapat ditempa, dibengkokan dan merupakan penghantar panas dan listrik

3.Titik leleh : 1.0830C, titik didih : 2.3010C

4.Berat jenis tembaga sekitar 8,92 gr/cm3

Ø  Sifat-sifat Kimia Tembaga

1.Dalam udara kering sukar teroksidasi, akan tetapi jika dipanaskan akan membentuk oksida tembaga (CuO)

2.Dalam udara lembab akan diubah menjadi senyawa karbonat atau karat basa, menurut reaksi 2Cu + O2 + CO2 + H2O → (CuOH)2 CO3

3.Tidak dapat bereaksi dengan larutan HCl encer maupun H2SO4 encer

4.Dapat bereaksi dengan H2SO4 pekat maupun HNO3 encer dan pekat
Cu + H2SO4 → CuSO4 +2H2O + SO2 Cu + 4HNO3 pekat → Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2 3Cu + 8HNO3 encer → 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO

5.Pada umumnya lapisan Tembaga adalah lapisan dasar yang harus dilapisi lagi dengan Nikel atau Khrom. Pada prinsipnya ini merupakan proses pengendapan logam secara elektrokimia,digunakan listrik arus searah (DC). Jenis elektrolit yang digunakan adalah tipe alkali dan tipe asam.

c.                  Pelapisan Krom

            Pelapisan krom adalah suatu perlakuan akhir menggunakanelektroplating oleh kromium.Pelapisan dengan krom dapat dilakukan pada berbagai jenis logam seperti besi, baja, atau tembaga. Pelapisan krom juga dapat dilakukan pada plastik atau jenis benda lain yang bukan logam, dengan persyaratan bahwa benda tersebut harus dicat dengan cat yang mengandung logam sehingga dapat mengalirkan listrik.

·                    Cara Pelapisan Krom

            Pelapisan krom menggunakan bahan dasar asam kromat, dan asam sulfat sebagai bahan pemicu arus, dengan perbandingan campuran yang tertentu.Perbandingan yang umum bisa 100:1 sampai 400:1. Jika perbandingannya menyimpang dari ketentuan biasanya akan menghasilkan lapisan yang tidak sesuai dengan yang diharapkan.Faktor lain yang sangat berpengaruh pada proses pelapisan krom ini adalah temperatur cairan dan besar arus listrik yang mengalir sewaktu melakukan pelapisan. Temperatur pelapisan bervariasi antara 35 °C sampai 60 °C dengan besar perbandingan besar arus 18 A/dm2 sampai 27 A/dm2.

             Elektroda yang digunakan pada pelapisan krom ini adalah timbal (Pb) sebagai anoda (kutub positif) dan benda yang akan dilapis sebagai katoda(kutub negatif). Jarak antara elektroda tersebut antara 9 cm sampai 29 cm. Sumber listrik yang digunakan adalah arus searah antara 10 – 25 Volt, atau bisa juga menggunakan aki mobil.

·                    Klasifikasi Pelapisan Krom

            Pelapisan krom dapat diklasifikasikan menjadi 2 macam, yaitu :

1.    Pelapisan dekoratif

               Pada pelapisan ini umumnya logam (benda kerja) terlebih dahulu dilapisi dengan tembaga kemudian nikel dan akhirnya krom. Tebal lapisan krom dekoratif umumnya berkisar antara 0.25 – 0.50 mikron.

2.    Pelapisan krom keras

               Pelapisan ini sering disebut industrial krom, yaitu pelapisan krom yang memanfaatkan sifat-sifat krom untuk mendapatkan sifat-sifat seperti : tahan panas, aus, erosi, korosi dan koefisien gesk rendah. Pada pelapisan krom keras, krom diendapkan pada logam dasar secara langsung tanpa melalui pelapisan perantara.  Biasanya pelapisan ini lebih tebal daripada pelapisan dekoratif. Berbeda dengan lapisan tembaga dan nikel dimana logam yang berfungsi sebagai anoda yaitu tembaga dan nikel. Untuk pelapisan krom, logam krom tidak akan berfungsi dengan baik sebagai anoda, sehingga dalam pelapisan krom digunakan anoda yang tidak larut yaitu lead (Pb).

Las TIG (Tungsten Inert Gas)

Las TIG (Tungsten Inert Gas )

Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) atau sering disebut Tungsten Inert Gas (TIG) merupakan salah atu dari bentuk las busur listrik (Arc Welding) yang menggunakan inert gas sebagai pelidung dengan tungsten atau wolfram sebagai elektroda.

Skema dari GTAW dapat dilihat dalam gambar dibawah, Pengelasan ini dikerjakan secara manual maupun otomatis.

  

Gambar. Skema pengelasan TIG(tungsten inert gas) 

Elektroda pada GTAW termasuk elektrode tidak terumpan (non cons consumable) berfungsi sebagai tempat tumpuan terjadinya busur listrik. GTAW mampu menghasilkan las yang berkualitas tinggi pada hampir semua jenis logam. Biasanya ini digunakan pada stainless steel dan logam ringan lainnya seperti Alumunium, magnesium dan lain-lain. Hasil pengelasan pada teknik ini cukup baik tapi membutuhkan kemampuan yang tinggi.

Untuk pekerjaan lembaran logam yang tipis, pengelasan TIG dapat digunakan tanpa filler logam. Untuk pekerjaan dengan lembaran logam yang lebih tebal atau ketika menggabungkan bahan yang berbeda, filler logam digunakan dalam bentuk kawat batangan atau kawat gulungan yang dipasok oleh alat pengumpan yang terpisah biasanya tanpa arus listrik. Dalam pengelasan TIG standar, api dikeluarkan dengan bebas tetapi sebuah varian yang dikenal dengan pengelasan plasma menggunakan nozzle sekunder untuk mengecilkan arc.

Lelehan logam, elektroda tungsten yang panas dan bagian ujung dari filler logam yang meleleh dilindungi dari atmosfir dengan menggunakan gas inert. Biasanya, menggunakan argon, meskipun ada manfaat kualitas dan produktivitas jika menggunakan campuran baik argon dan helium atau argon dan hidrogen.

PERALATAN YANG DIGUNAKAN PADA PROSES LAS TIG

Las gas tungsten (las TIG) adalah proses pengelasan dimana busur nyala listrik ditimbulkan oleh elektroda tungsten (elektroda tak terumpan) dengan benda kerja logam. Daerah pengelasan dilindungi oleh gas lindung (gas tidak aktif) agar tidak berkontaminasi dengan udara luar. Kawat las dapat ditambahkan atau tidak tergantung dari bentuk sambungan dan ketebalan benda kerja yang akan dilas. Perangkat yang dipakai dalam pengelasan las gas tungsten adalah:

1. Mesin

Mesin las AC/DC merupakan mesin las pembangkit arus AC/DC yang digunakan di dalam pengelasan las gas tungsten. Pemilihan arus AC atau DC biasanya tergantung pada jenis logam yang akan dilas.

2. Tabung gas lindung

Adalah tabung tempat penyimpanan gas lindung seperti argon dan helium yang digunakan di dalam mengelas gas tungsten.

3. Regulator gas lindung

Adalah adalah pengatur tekanan gas yang akan digunakan di dalam pengelasan gas tungsten. Pada regulator ini biasanya ditunjukkan tekanan kerja dan tekanan gas di dalam tabung.

4. Flowmeter untuk gas

Dipakai untuk menunjukkan besarnya aliran gas lindung yang dipakai di dalam pengelasan gas tungsten.

5. Selang gas dan perlengkapan pengikatnya

Berfungsi sebagai penghubung gas dari tabung menuju pembakar las. Sedangkan perangkat pengikat berfungsi mengikat selang dari tabung menuju mesin las dan dari mesin las menuju pembakar las.

 

6. Kabel elektroda dan selang

Berfungsi menghantarkan arus dari mesin las menuju stang las, begitu juga aliran gas dari mesin las menuju

stang las. Kabel masa berfungsi untuk penghantar arus ke benda kerja.

7. Stang las (welding torch)

Berfungsi untuk menyatukan sistem las yang berupa penyalaan busur dan perlindungan gas lindung selama dilakukan proses pengelasan.

8. Elektroda tungsten

Berfungsi sebagai pembangkit busur nyala selama dilakukan pengelasan. Elektroda ini tidak berfungsi sebagai

bahan tambah.

9. Kawat las

Berfungsi sebagai bahan tambah. Tambahkan kawat las jika bahan dasar yang dipanasi dengan busur tungsten sudah mendekati cair.

10.Assesories 

Pilihan dapat berupa sistem pendinginan air untuk pekerjaan pengelasan berat, rheostat kaki, dan pengatur waktu busur.

sumber : http://matabayangan.blogspot.com/

THERMAL SPRAY

THERMAL SPRAY

Pengertian Thermal Spray

Prinsip dasar dari proses thermal spray adalah pembentukan lapisan dengan permanen dengan meleburkan suatu material dalam suatu ruang pembakaran, kemudian dari ruang  pembakaran ini material disemprotkan ke atas permukaan substract dan kemudian menempelkannya di atas substrat.

Mekanisme ikatan pada suatu permukaan dalam thermal spray adalah sama dengan melapisi, yakni mechanical interlocking dan interaksi antar atom dengan penyebaran kekuatan ikatan sekitar 7 MPa (10 ksi).  Ketebalan lapisan berkisar antara 25 µm sampai dengan 2500 µm.

Jenis-jenis Thermal Spray

Thermal spray diklasifikasikan ke dalam beberapa jenis berdasarkan pada jenis bahan bakar, jenis target dan cara meleburkan target. Secara umum semua proses thermal spray memiliki prinsip dasar yang sama yaitu: peleburan target berupa (bubuk atau kawat) dalam ruang pembakaran kemudian mempercepatnya dengan kecepatan tinggi untuk ditumbuk ke permukaan substrat.  Lapisan terbentuk ketika jutaan partikel menempel pada substrat secara tumpang tindih.

Partikel-partikel ini terikat oleh substrat dengan ikatan mekanik maupun ikatan logam.  Secara umum skema thermal spray dapat dilihat pada gambar berikut.

Skema thermal spray

Material yang digunakan sebagai pelapis berupa bubuk atau kawat yang dapat berasal dari logam, keramik atau karbida. Metode pelapisan yang biasa digunakan adalah Plasma, busur, pijar, dan HVOF. Daerah peleburan memiliki suhu sangat tinggi, percikan material dibawa dengan udara yang bertekanan tinggi menuju substrate.

Berikut ini menjelaskan tentang masing-masing jenis thermal spray.

1.         Flame Spraying (FLSP)

FLSP merupakan proses thermal spray yang paling tua.  Proses thermal spray ini menghasilkan suhu campuran bahan bakar Oxyacetylene sekitar 2.760 °C untuk meleburkan target yang berupa bubuk, batang atau kawat.  Kecepatan aliran material yang berupa kawat didorong menuju nyala api (flame) dan dengan tekanan oksigen yang tinggi digunakan untuk mengotomatiskan logam cair menjadi partikel-partikel kecil dan mempercepatnya menuju subtrate. Skema flame spray dapat dilihat dalam gambar berikut.

Skema FLSP

            Paduan bahan bakar dan oksigen yang bertekanan tinggi menghasilkan pijaran api yang suhunya sangat tinggi sekitar 3000°C.  Kawat  didorong maju menuju flame dan melebur, tekanan oksigen dan tekanan udara mendorong logam cair menjadi partikel kecil yang dipercepat menuju substrate.

2.         Plasma Arc Spraying (PSP)

PSP dapat menghasilkan suhu sekitar 16.650°C (30.000°F) untuk meleburkan bubuk.  Lapisan yang dibuat dengan PSP lebih padat, porositasnya rendah dan adhesinya lebih kuat dibandingkan dengan  FLSP.  Prosesnya adalah energi panas dari busur listrik yag beroperasi pada 40 kW atau 80 kW bersama dengan suatu gas pembentuk plasma, baik nitrogen atau argon, digunakan untuk mencairkan dan menembakkan material pelapis pada kecepatan tinggi sekitar 600 m/detik kepada material yang akan dilapisi (substrate). Skema busur plasma spray dapat dilihat pada gambar berikut.

Skema dari proses pelapisan dengan busur plasma

            Gas pembentuk plasma berupa nitrogen atau argon disudutkan dengan tegangan DC antara 40kV – 80kV hingga terbentuk plasma. Suhu ujung suluh sekitar 16.650 °C dan bubuk cair disemprotkan dengan kecepatan sekitar 600 m s^-1.

3.         Electric Arc Spraying (AESP)

Motor menggerakkan kawat bermuatan listrik dengan berbeda potensial 18 sampai 40 Volt melalui suluh (gun) menuju ujung temu pada kepala suluh dimana busur listrik menciptakan  suhu melebihi 6.000°C, seperti terlihat pada gambar. Udara yang bertekanan mengotomatiskan material pelapis yang sudah cair dan menembakkannya kepada permukaan yang akan dilapisi.  Skema busur listrik spray dapat dilihat pada gambar berikut

Skema proses pelapisan dengan busur listrik

Ujung-ujung kawat diberi beda potensial sebesar 18-40 kV.  Temperatur ujung suluh mencapai 6.000°C, udara dengan tekanan tinggi mengotomasikan pelapis yang sudah cair dan mendorong keluar dengan kecepatan tinggi.

4.         Detonation Gun (d-Gun)

D-Gun  melelehkan bubuk dalam suluh dengan letupan sundut pada gas yang mudah menyala (spark ignition of explosive gas).  Skema busur plasma spray dapat dilihat pada gambar berikut.

Skema proses pelapisan dengan suluh detonasi

Paduan bahan bakar dan oksigen yang diledakkan dengan busi, bubuk dialirkan bersama dengan gas nitrogen dan didorong menuju ujung suluh dengan kecepatan tinggi.

5.         High Velocity Oxygen Fuel (HVOF)

HVOF adalah thermal spray yang menggunakan pembakaran gas, seperti hydrogen atau bahan bakar cair seperti kerosene.  Bahan bakar dan oksigen dicampur dan mengubahnya dalam ukuran yang sangat kecil dalam ruang pembakaran di bawah kondisi yang terkontrol pembakarannya maupun tekanannya.

Proses ini menghasilkan kecepatan sangat tinggi yang digunakan untuk mendorong partikel guna mendekati kecepatan suara (supersonic) sebelum menumbuk substrat.  Skema proses pelapisan dengan HVOF tampak pada gambar berikut.

Skema proses pelapisan dengan suluh HVOF

Paduan antara oksigen dan bahan bakar (methana, propana) yang teratomisasi disundut dengan api dan menghasilkan temperature yang mendekati 3.000°C.  Bubuk disemprotkan ke dalam ruang pembakaran dengan menggunakan nitrogen dan meleleh.  Udara dengan tekanan tinggi yang dipadu dengan oksigen yang tekanannya terkontrol menghasilkan gumpalan-gumpalan bubuk cair berbentuk intan dengan kecepatan yang sangat tinggi.

Dari kelima proses thermal spray yang sudah dijelaskan maka kita dapat diklasifikasikan menjadi 3 bagian, yaitu berdasarkan proses, bentuk material dasar proses thermal spray dan berdasarkan sumber energi. Klasifikasi proses thermal spray dapat dilihat pada tabel berikut ini

Klasifikasi proses thermal spray

Proses	Bentuk Target	Sumber Energi
Flame Spraying (FLSP)	Serbuk, batang, kawat	Oxyacetylene flame
Plasma Arc Spraying (PSP)	Bubuk	Plasma gun
Electric Arc Spraying (EASP)	Kawat (motor driven)	Busur listrik (Electric etc)
Detonation Gun (d-Gun)	Bubuk	Spark Ignition of Explosive Gas Gun
High-Velocity Oxy/ Fuel (HVOF)	Bubuk	Oxygen, Hydrogen, Fuel, E.g, Methane, Combustion Chamber

Prosess yang paling banyak digunakan dalam dunia industri yaitu proses electric arc spraying atau sering disebut proses arc sprayed.  Proses arc sprayed memanfaatkan kawat paduan yang digerakan oleh motor driven dan sumber energi yang dimanfaatkan adalah energi listrik.