Rabu, 09 Maret 2011

PELAPISAN SENG

more
Pelapisan Seng - Presentation Transcript
  1. PELAPISAN SENG Abrianto Akuan, Ir., MT. Teknik Metalurgi - UNJANI Teknik Metalurgi-UNJANI 1
  2. Karakteristik : • Seng bersifat anodik terhadap besi & baja, oleh karena itu dapat menjadi lapisan protektif dengan ketebalan antara 7 to 15 mikron (0.3 to 0.5 mil) setara dengan ketebalan lapisan nikel atau lapisan katodik lainnya. • Jika dibandingkan dengan logam lain adalah pelapisan seng relatif murah dan dapat diterapkan di/dalam barrel, tangki/tank, atau fasilitas proses pelapisan kontinyu. • Proses pelapisan seng dilakukan dengan menggunakan listrik, dan terlihat abu-abu setelah pelapisan. Untuk menghasilkan lapisan seng yang terang sebagai lapisan dekoratif, maka sesudah proses pelapisan (plating) diberikan suatu lapisan konversi (kromatasi) atau pernis bening (atau keduanya). • Lapisan seng, walaupun lebih tidak tahan lama dibandingkan lapisan nikel, tetapi cukup memberikan suatu perlindungan terhadap karat (korosi) dan biaya proses yang jauh lebih murah. Teknik Metalurgi-UNJANI 2
  3. Jenis Larutan : Pelapisan seng komersial, dapat menggunakan sistem larutan yang cukup berbeda, yaitu: • larutan sianida • larutan alkalin non sianida • dan larutan asamklorid. Teknik Metalurgi-UNJANI 3
  4. Larutan Seng Sianida Larutan seng sianida, dibagi menjadi empat klasifikasi yang berbasis pada sianida, yaitu: • Larutan seng sianida reguler • Larutan midcyanide atau larutan dengan konsentrasi sianida, medium • Larutan sianida-rendah • dan latutan seng Microcyanide Tabel 1 menunjukkan komposisi umum dan syarat-syarat operasi untuk sistem ini. Teknik Metalurgi-UNJANI 4
  5. Tabel 1. Komposisi dan prameter operasi dari larutan seng sianida Teknik Metalurgi-UNJANI 5
  6. Lanjutan Note: Cathode current density: limiting 0.002 to 25 A/dm2 (0.02 to 250 A/ft2); average barrel 0.6 A/dm2 (6 A/ft2); average rack 2.0 to 5 A/dm2 (20 to 50 ft2). Bath voltage: 3 to 6 V, rack; 12 to 25 V, barrel. (a) Operating temperature: 29 °C (84 °F) optimum; range of 21 to 40 °C (69 to 105 °F). (b) Operating temperature: 29 °C (84 °F) optimum; range of 21 to 40 °C (69 to 105 °F). (c) Operating temperature: 27 °C (79 °F) optimum; range of 21 to 35 °C (69 to 94 °F). (d) Operating temperature: 27 °C (79 °F) optimum; range of 21 to 35 °C (69 to 94 °F). (e) Zinc oxide. (f) Dissolve zinc anodes in solution until desired concentration of zinc metal is obtained. (g) As specified Teknik Metalurgi-UNJANI 6
  7. Standar Larutan Seng Sianida • Perlu pembersihan permukaan yang lebih baik dari pada sistem lain. • Larutan seng Sianida adalah benar-benar fleksibel, dan berbagai macam komposisi larutan dapat memenuhi persyaratan pelapisan seng. Sistem larutan seng sianida tidak bersifat merusak ke/pada peralatan, sehingga tangki/tank dan keranjang anoda yang terbuat dari baja dapat digunakan untuk sistim larutan ini, pada hakekatnya dapat mengurangi investasi awal pabrik. • Sistem sianida juga mempunyai sejumlah kerugian, mencakup tingkat keracunan. (dengan kekecualian larutan perak atau cadmium sianida), larutan seng sianida standar yang berisi 90 g/L (12 oz/gal) dari total sodium sianida merupakan larutan yang berpotensi paling beracun dalam industri pelapisan. Bahaya terhadap kesehatan dari larutan sianida konsentrasi tinggi ini memerlukan biaya tambahan dalam memperlakukan limbah sianida, sehingga alasan primer inilah untuk menggunakan larutan sianida dengan konsentrasi lebih rendah atau diganti dengan menggunakan larutan non sianida atau asam, walaupun teknologi untuk penanganan limbah larutan sianida sangat telah berkembang, tetapi memerlukan biaya untuk awal penanganan pabrik mungkin saja lebih besar dari biaya instalasi proses pelapisannya. • Kerugian Lain adalah konduktivitas larutan yang relatif lebih rendah. Konduktivitas larutan sianida pada hakekatnya lebih rendah dari larutan asam. • Efisiensi proses pelapisan dari sistem sianida, sangat bervariasi tergantung pada beberapa faktor-faktor seperti temperatur larutan, konsentrasi sianida, dan kerapatan arus. Di/dalam instalasi proses sistim barrel, kerapatan arusnya sampai dengan 2.5 A/dm2 (25 A/ft2) dengan efisiensi dapat mencapai 75 sampai 90%. Di/dalam instalasi proses sistim rak, efisiensinya di bawah 50% pada kerapatan arus di atas 6 A/dm2 (60 A/ft2). Teknik Metalurgi-UNJANI 7
  8. Larutan Seng Midcyanide Larutan sianida standar menghasilkan throwing and covering power yang baik sekali. Kemampuan larutan melapisi bahan pada kerapatan arus yang sangat rendah adalah lebih baik dari sistim larutan seng lainnya. Kemampuan ini tergantung pada komposisi larutan, temperatur, logam dasar (jenis bahan), dan penggunaan aditip. Konsentrasi jenis larutan ini ditunjukkan pada tabel 1. Karakteristik penyepuhan dari larutan midcyanide dan larutan sianida reguler, pada kenyataannya adalah sama. Kelemahan Satu- satunya dari larutan midcyanide ini dibandingkan dengan larutan standar, adalah toleransi terhadap pengotor yang sangat rendah dan preparasi permukaan yang harus sangat baik. Kelemahan ini adalah jarang ditemui dalam praktek di pabrik. Lebih besar proses pembilasan, pada hakekatnya adalah lebih sedikit dragout, dan menghemat persiapan larutan, biaya pemeliharaan, dan biaya proses sehingga menjadi keunggulan dari jenis larutan ini. Teknik Metalurgi-UNJANI 8
  9. Larutan Seng Low-cyanide • Dioperasikan pada kira-kira 6 sampai 12 g/L (0.68 sampai 1.36 oz/gal) sianida sodium dan logam seng. Larutan ini karakteristiknya berbeda dengan jenis midcyanide dan sianida standar. Aditip, secara normal digunakan di/dalam larutan reguler dan sianida midstrength, tetapi tidak berfungsi dengan baik pada larutan sianida rendah, sehingga brighteners untuk larutan Sianida-rendah menggunakan brightener khusus. • Larutan seng sianida rendah, lebih sensitif temperatur dibandingkan larutan reguler atau midcyanide. Efisiensi larutan jenis ini adalah sama dengan larutan sianida reguler pada awalnya, tetapi itu cenderung menyebabkan pengelupasan (terutama pada/di kerapatan arus yang lebih tinggi). Jenis larutan ini memiliki throwing power and covering power yang sedikit lebih rendah dibandingkan dengan larutan midcyanide standar. Larutan lowcyanide lebih tidak sensitif terhadap pengotor dibandingkan larutan standar atau midcyanide. Pengotor dari logam lebih banyak tidak larut pada larutan dengan konsentrasi sianida yang lebih rendah. Larutan jenis ini banyak digunakan secara ekstensif untuk proses pelapisan seng sistim rak barang-barang kawat. Tidak seperti sistem sianida lain, larutan sianida- rendah tidak sensitif terhadap penambahan sulfida untuk mengurangi pengotor bahkan dapat mengurangi kecerahan lapisan dan kecepatan proses pelapisan. Teknik Metalurgi-UNJANI 9
  10. Larutan Seng Microcyanide secara esensial merupakan larutan seng alkalin noncyanide. Proses pelapisan seng dengan lmenggunakan larutan alkalin ini relatif cukup sulit, sehingga ditambahkan sedikit sianida minimal 1.0 g/L (0.13 oz/gal), sebagai suatu aditip yang dapat meningkat kecerahan hasil lapisan. Bagaimanapun, itu bertujuan untuk dapat meniadakan atau sepenuhnya meng- eliminasi sianida. Teknik Metalurgi-UNJANI 10
  11. Preparation of Cyanide Zinc Baths Bath may be prepared with cyanide zinc liquid concentrates that are diluted with water, and to which sodium hydroxide is normally added, or they may be prepared as follows: • 1. Fill the makeup and/or plating tank approximately two-thirds full of tap water. • 2. Slowly stir in the required amount of sodium hydroxide. • 3. Add the required amount of sodium cyanide and mix until dissolved. • 4. Prepare a slurry of the required amount of zinc oxide or zinc cyanide and slowly add to the bath. Mix until completely dissolved. Instead of zinc salts, the bath may be charged with steel baskets of zinc anode balls that are allowed to dissolve into the solution until the desired metal content is reached. • 5. Add an initial 15 g/L (2.0 oz/gal) sodium carbonate for rack plating baths. • 6. Add approximately 0.25 to 0.50 g/L (0.03 to 0.06 oz/gal) of sodium polysulfide or zinc purifier for regular and midcyanide baths. • 7. Run plating test panels and add the necessary amount of brightener to the bath. If a satisfactory deposit is obtained, place anodes for production. Zinc baths prepared from impure zinc salts may require treatment with zinc dust and/or low-current- density dummying (the process of plating out bath impurities). Zinc dust should be added at the rate of 2 g/L (0.26 oz/gal) and the bath should be agitated for about 1 h. After settling, the bath should be filtered into the plating tank. Dummying is preferably done on steel cathode sheets at low current densities of 0.2 to 0.3 A/dm2 (2 to 3 A/ft2) for 12 to 24 h. Teknik Metalurgi-UNJANI 11
  12. Alkaline Noncyanide Baths • Alkaline noncyanide baths are a logical development in the effort to produce a relatively nontoxic, cyanide-free zinc electrolyte. Approximately 15 to 20% of zinc plated at present is deposited from these baths. Teknik Metalurgi-UNJANI 12
  13. Table 2 Komposisi & parameter proses dari larutan seng alkaline noncyanide (a) Operating conditions: temperature, 27 °C (81 °F) optimum; cathode current density, 0.6 A/dm2 (6 A/ft2); bath voltages, 3 to 6 rack. (b) Operating conditions: temperature, 21 to 35 °C (69 to 94 °F) range; cathode current density, 2.0 to 4.0 A/dm2 (20 to 40 A/ft2); bath voltages, 12 to 18 barrel. (c) As specified Larutan alkalin noncyanide relatif murah proses & pemeliharaannya. Larutan ini menggunakan logam seng: 7.5 sampai 12 g/L (1.0 sampai 1.6 oz/gal) digunakan pada3 A/dm2 (30 A/ft2) yang dapat menghasilkan suatu lapisan seng yang terang/cerah dengan efisiensi kira-kira 80%, seperti yang diperlihatkan pada Gambar. 1. Jika konsentrasi logam turun hingga 2 g/L (0.26 oz/gal), maka efisiensi turun sampai dibawah 60% pada kerapatan arus ini. Meningkatnya konsentrasi logam hingga di atas 17 g/L (2.3 oz/gal) akan menghasilkan lapisan berwarna abu-abu dop dan tidak rata, rapat arus menurun; sehingga, penambahan aditip perlu dilakukan untuk menyelesaikan masalah ini. Meningkatkan konsentrasi hidroksida sodium akan meningkatkan efisiensi, seperti diperlihatkan pada Gambar. 2. Jika, konsentrasi yang terlalu tinggi maka akan menyebabkan penumpukkan lapisan pada daerah sudut atau sisi. Noncyanide Alkalin seng adalah satu larutan yangrelatif praktis. Teknik Metalurgi-UNJANI 13
  14. Gambar. 1 Effisiensi arus pada katoda katoda sebagai fungsi dari konsenrasi logam seng dari larutan seng alkalin noncyanide. NaOH, 80 g/L (11oz/gal); Na2CO3, 15 g/L (2 oz/gal) Teknik Metalurgi-UNJANI 14
  15. Gambar. 2 Pengaruh konsentrasi logam seng & sodium hidroksida terhadap efisiensi katoda dari larutan noncyanide. Temperature: 26 °C (77 °F). : Lingk-7.5 g/L (1 oz/gal) Zn, 75 g/L (10 oz/gal) NaOH; •: 7.5 g/L (1.0 oz/gal) Zn, 150 g/L (20 oz/gal) NaOH; Segitiga Kosong- 11 g/L (1.5 oz/gal) Zn, 110 g/L (15 oz/gal) NaOH; Segitiga Pejal- 15 g/L (2.0 oz/gal) Zn, 150 g/L (20 oz/gal) NaOH; Segi Empat 11 g/L (1.5 oz/gal) Zn, 150 g/L (20 oz/gal) NaOH. Teknik Metalurgi-UNJANI 15
  16. Temperatur Larutan seng Sianida dapat dioperasikan pada temperatur 12 sampai 55 °C (54 sampai 130 °F), pemakaian umum adalah antara 23 sampai 32 °C (73 sampai 90 °F). Temperatur operasi ini diberikan tergantung pada jenis benda kerja, permukaan akhir yang diinginkan dan karakteristik larutannya. Temperatur larutan sangat berpengaruh dalam sistem seng sianida, sehingga temperatur optimum perlu ditentukan. Pengaruh meningkatnya temperatur Larutan: Ø Meningkatkan efisiensi katode Ø Meningkatkan konduktivitas larutan Ø Meningkatkan karat (korosi) pada anoda Ø Menghasilkanlapisan yang buram Ø Mengurangi daya liput (covering power) Ø Mengurangi throwing power Ø Meningkatkan penguraian sianida dan agen penambahan Menurunkan temperatur larutan akan mempunyai efek kebalikan. Mengoperasikan larutan pada temperatur yang relatif tinggi, akan memberikan konduktivitas dan efisiensi pelapisan yang optimum. Teknik Metalurgi-UNJANI 16
  17. Effisiensi Arus Pada proses pelapisan dengan larutan seng sianida sistim barrel, effisiensi arusnya bervariasi antara 75 dan 93%, tergantung pada temperatur dan kerapatan arus. Pada sistim rak efisiensi arusnya akan sangat bervariasi pada kerapatan arus yang relatif tinggi, terutama di atas 3 A/dm2 (30 A/ft2). Pengaruh adari konsentrasi logam seng, hidroksida sodium, dan perbandingan cyanide- seng terhadap efisiensi adalah diperlihatkan pada Gambar. 3. Umumnya, effisiensi kira-kira 90% pada 2.5 A/dm2 (25 A/ft2) 50% pada 5 A/dm2 (50 A/ft2). Peningkatan efisiensi dapat diperoleh dengan menggunakan Larutan dengan konsentrasi sianida yang lebih tinggi; tetapi, hal ini dapat menyebabkan rendahnya throwing power dari larutan, konsumsi brightener lebih tinggi, biaya operasional lebih tinggi, dan berbagai kesulitan pemeliharaan larutan. Teknik Metalurgi-UNJANI 17
  18. Gambar. 3 Pengaruh komposisi larutan & rapat arus terhadap effisiensi dari larutan plating seng sianida. (a) Pengaruh dari rasio NaCN/Zn. 60 g/L (8 oz/gal) Zn (CN); 17.5 sampai 43.7 g/L (2.33 sampai 5.82 oz/gal) NaCN; 75.2 g/L (10 oz/gal) NaOH; Rasio 2.0-sampai-1 sampai 2.75-sampai-1 Rasio dari NaCN terhadap seng. Temperatur: 30 °C (86 °F). (b) Pengaruh konsentrasi logam seng. 60.1, 75.2, dan 90.2 g/L (8, 10, dan 12 oz/gal) Zn (CN); 43.7, 54.6, dan 65.5 g/L (5.82, 7.27, dan 8.72 oz/gal) NaCN; 75.2 g/L (10 oz/gal) NaOH; 2.75-sampai-1 rasio dari NaCN terhadap seng. Temperatur: 30 °C (86 °F). (c) Pengaruh dari konsentrasi NaOH. 60.1 g/L (8 oz/gal) Zn(CN); 43.6 g/L (5.8 oz/gal) NaCN; 150.4 dan 75.2 g/L (20 and 10 oz/gal) NaOH; 2.75-sampai-1 rasio dari NaCN terhadap seng. Temperatur: 30 °C (86 °F) Teknik Metalurgi-UNJANI 18
  19. Larutan Asam Larutan seng asam berbasis pada seng klorid yang saat ini 40 sampai 50% dipergunakan di seluruh dunia. Komposisi dan parameter proses dari larutan seng Asam ditunjukkan pada tabel 5. keuntungan dari jenis larutan ini adalah: Ø Merupakan satu-satunya larutan seng yang memiliki kemampuan untuk menghasilkan lapisan dengan tingkat kecerahan cukup baik dan paling brilian. Ø Dapat diterapkan pada jenis bahan besi cor, besi malleable, dan komponen yang di-carbonitrided, yang akan cukup sulit atau mustahil dilakukan dengan menggunakan larutan alkalin. Ø Mempunyai konduktivitas yang jauh lebih tinggi dibandingkan larutan alkalin, sehingga lebih effisien. Ø Efisiensi larutan mencapai 95 sampai 98%, secara normal jauh lebih tinggi dibandingkan larutan sianida atau proses alkalin, terutama pada kerapatan arus yang lebih tinggi, seperti diperlihatkan pada Gambar. 5. Ø Penggetasan hidrogen lebih rendah dibandingkan dengan jenis larutan seng lainnya, karena efisiensi arusnya relatif tinggi. Ø Prosedur-prosedur penanganan limbahnya lebih rendah, hanya terutama pada netralisasi pada pH 8.5 sampai 9, dan pegendapan logam seng jika diperlukan. Pengaruh negatif dari larutani asam chloride adalah larutan asam klorid adalah bersifat korosif. Semua peralatan yang berhubungan dengan larutan, seperti tangki/tank dan lainnya, harus dilapisi dengan bahan anti-karat. Teknik Metalurgi-UNJANI 19
  20. Tabel 5 Komposisi & parameter operasi dari larutan seng asam chloride Teknik Metalurgi-UNJANI 20
  21. (a) Carrier and primary brighteners for acid chloride are proprietary, and exact recommendations of manufacturer should be followed. Values given are representative. Teknik Metalurgi-UNJANI 21
  22. Gambar. 5 Perbandingan effisiensi arus dari larutan plating seng Teknik Metalurgi-UNJANI 22
  23. Sejumlah larutan seng berbasis seng sulfate dan seng fluoborate banyak digunakan terutama untuk proses pelapisan seng produksi tinggi, pelapisan kontinyu dari kawat dan batang. Tabel 6 memperlihatkan komposisi dan kondisi operasi dari beberapa larutan seng fluoborate dan sulfate. Tabel 6 Komposisi dan parameter operasi dari larutan Seng Fluoborate dan sulfate (a) At room temperature; 3.5 to 4 pH; at 20 to 60 A/dm2 (200 to 600 A/ft2). (b) At 30 to 52 °C (85 to 125 °F); 3 to 4 pH; at 10 to 60 A/dm2 (100 to 600 A/ft2). (c) As needed Teknik Metalurgi-UNJANI 23
  24. Parameter : Pengadukkan (agitasi), direkomendasikan dalam pemakaian larutan asam klorid untuk mencapai kerapatan arus operasi yang praktis. Sirkulasi larutan, direkomendasikan dalam proses pelapisan sistim barrel. Pada sistim rak, sirkulasi larutan biasanya terpenuhi oleh adanya filter. Pengadukkan ini dapat dilakukan melalui tiupan udara. Teknik Metalurgi-UNJANI 24
  25. Pengontrolan Temperatur dalam larutan asam cukup diperlukan dibandingkan dalam larutan seng sianida, sehingga pendinginan harus disediakan untuk mempertahankan temperatur larutannya tetap sesuai dengan rekomendasi, yaitu biasanya 35 °C (95 °F). Mengoperasikan larutan asam klorid di atas temperatur yang direkomendasikan dapat menyebabkan kecerahan lapisannya menjadi rendah. Ketika larutan asam mencapai temperatur yang cukup panas, maka aditip perlu segera dalam larutan untuk menghindari perubahan larutan seperti susu atau berawan yang menyebabkan ketidakseimbangan larutan. Sebaliknya, temperatur rendah, biasanya di bawah 21 °C (70 °F), menyebabkan larutan meng-kristal dan menyebabkan aditip organik memisahkan diri ke luar dari larutan. Teknik Metalurgi-UNJANI 25
  26. Effisiensi Arus Katoda. Larutan seng asam klorid menghasilkan efisiensi arus katode yang tinggi seperti diperlihatkan pada Gambar. 5, efisiensi arus katode rata-rata untuk larutan ini adalah kira-kira 95 sampai 98%. Tidak ada larutan seng lainnya yang benar-benar berefisiensi tinggi pada kerapatan arus tinggi yang dapat meningkatkan produktivitas 15 sampai 50%, di atas itu dapat diperoleh dengan larutan sianida. Dalam sistim barrel, beban arus bisa berlipat ganda. Teknik Metalurgi-UNJANI 26
  27. Pengontrolan pH pada larutan seng asam biasanya dimonitor sehari-hari. Metoda Elektrometris adalah dengan menggunakan kertas pengujian. pH diturunkan dengan penambahan larutan asam hidroklorik; ketika memerlukan, pH ditingkatkan dengan penambahan kalium atau ammonium hidroksida. Teknik Metalurgi-UNJANI 27
  28. Pencemaran larutan oleh unsur besi adalah suatu masalah umum pada larutan seng asam klorid. Pencemaran oleh besi biasanya tampak sebagai endapan gelap pada lapisan dengan kerapatan arus tinggi; di/dalam sistim barrel akan tampak sebagai bintik hitam pada lapisan. Penghilangan pengotor besi dalam larutan asam klorid dilakukan dengan cara mengoksidasi besi dengan menambahkan hidrogen peroksida pada larutan, biasanya kira-kira 10 mL (0.34 fl oz) . 30% peroksida hidrogen harus digunakan untuk setiap 100 L (26.4 gal.) dari larutan. Penurunan konsentrasi peroksida adalah dengan penambahan 4 sampai 5 air. Kalium permanganat dapat digunakan sebagai pengganti peroksida. Endapan besi hidroksida disaring dengan menggunaka filter 15 mikron (0.6 mil) atau filter yang lebih kecil lagi. Teknik Metalurgi-UNJANI 28
  29. Tabel 8 Perkiraan umur pakai komponen yang dilapis seng pada berbagai kondisi lingkungan Teknik Metalurgi-UNJANI 29
  30. Tabel 9 Applikasi dari plating seng pada ketebalan 7 sampai 13 mikron (0.3 sampai 0.5 mil) (a) Chromated after plating. (b) Chromated after plating; some parts dyed and lacquered. (c) Bright chromated after plating. (d) Chromated, clear or colored, after plating. (e) Dipped in 0.5% HNO3 or chromated after plating Teknik Metalurgi-UNJANI 30
Processing...
·          
·         s

Diposting oleh di

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Posting Komentar (Atom)