kerajinan logam: Desember 2011

H. TEORIPENUNJANG

1. METAL FINISHING

Setiap benda logam yang dipergunakan sehari-hari memerlukan proses

penyelesaian akhir sebelum dipakai. Proses penyelesaian ini disebut sebagai metal

finishing, karena bagian yang diproses adalah permukaan logam, proses metal

finishing ini dapat disebut juga sebagai surface finishing.

Definisi dari surface finishing adalah setiap proses akhir yang ditujukan

pada permukaan logam untuk memberikan sifat baru yang tidak dimiliki oleh

logam tersebut dalam kondisi asalnya. Logam dapat diproses (potong, cor, bor,

las, dan sebagainya), untuk memberinya suatu bentuk yang sesuai dengan

fungsinya. Namun proses-proses tersebut bukanlah yang disebut dengan surface

finishing. Proses-proses tersebut memberikan bentuk namun tidak memberikan

sifat permukaan yang sesuai dengan fungsinya.

Metal finishing mempunyai banyak cara dalam prosesnya, mulai dari

memoles permukaan, mencat, hingga membungkusnya dengan logam lain.

Beberapa benda logam ada yang tidak memerlukan surface finishing, seperti

paku, mur, baut, kabel dan benda-benda logam yang dalam penggunaannya tidak

perlu terlihat bagus. Walaupun tidak dibutuhkan, beberapa dari benda-benda

tersebut ada juga yang melalui proses surface finishing bila diperlukan.

Besi baja adalah sebuah logam yang murah dan digunakan secara luas

untuk berbagai macam aplikasi, namun besi dan baja tidak tahan terhadap karat,

Page 2

sehingga diperlukan pelapisan permukaan untuk melindungi besi dari kondisi

lingkungan yang sifatnya korosif. Pelapisan permukaan dapat dilakukan dengan

berbagai cara, seperti pengecatan, enamel, atau elektroplating. Maka dari itu, pada

umumnya fungsi utama industri metal finishing adalah melindungi benda-benda

logam dari karat.

Pada beberapa kasus, logam harus dipisahkan dari lingkungannya

walaupun logam lingkungannya tidak korosif, tetapi mungkin diakibatkan oleh

sifat logam itu sendiri yang memungkinkan menimbulkan pencemaran terhadap

lingkungan dimana logam tersebut dipergunakan. Sebagai contoh, kotak obat

yang terbuat dari besi dilapisi dengan nikel, atau platinum, karena besi dapat

mempengaruhi obat-obatan yang ditampungnya. Kaleng atau tin can adalah

contoh lain, semua kaleng makanan yang terbuat dari besi dilapisi dengan timah

karena besi yang berkarat dapat merusak makanan yang di dalam kaleng.

Alasan lain adalah untuk memperindah panampilannya dengan kata lain

fungsi dekoratif. Sebagai contohnya, bumper atau gnll untuk mobil (Rolls Royce)

sengaja dikrom untuk memberikan kesan eksklusif. Barang-barang lain yang

dilapisi permukaannya untuk fungsi dekoratif-protektif, contohnya tongkat golf,

tongkat baseball, dan alat-alat olahraga lain, alat-alat pertukangan, seperti obeng,

tang, palu, dan sebagainya.

Beberapa logam lain yang dilapisi dengan tujuan murni dekoratif

contohnya seperti pelapisan emas untuk perhiasan imitasi, yang mana tidak

mempunyai fungsi protektif sama sekali.

Page 3

Kegunaan lain dari surface finishing adalah untuk mengubah sifat logam

dasarnya. Tembaga merupakan penghantar yang baik, untuk panas dan listrik,

namun tembaga sangat mudah tertutupi oleh lapisan minyak yang dapat

mengakibatkan kesulitan dalam penyolderan dan menyebabkan resistansi tinggi

pada kontak relay atau saklar. Untuk mengatasi ini, maka kaki komponen dilapisi

dengan timah untuk mempermudah penyolderan, dan emas untuk mengurangi

resistansi. Masih banyak manipulasi permukaan lain seperti penggunaan perak

untuk peralatan radio, penggunaan rhodium untuk menambah kilau logam,

penggunaan krom dan nikel untuk mengeraskan permukaan, dan lain sebagainya.

Untuk membuat penghantar yang seluruhnya terbuat dari emas, akan

memakan biaya besar, akibatnya sulit terjangkau oleh konsumen. Untuk

memproduksi kaleng makanan yang seluruhnya terbuat dari timah akan

menyebabkan kaleng makanan tidak tahan benturan, karena sifat timah yang

kurang keras. Akan sulit mendapatkan nikel sejumlah bumper Rolls Royce yang

beredar. Kromium dalam bentuk bakunya sangat sulit dibentuk menjadi benda

yang dibutuhkan.

Disinilah metal fmishing berguna, yaitu untuk mengkombinasikan

kekuatan logam dengan sifat permukaan yang tidak dimilikinya. Metal finishing

memungkinkan produksi benda-benda logam besar dari bahan logam yang murah

dan mudah dibentuk untuk kemudian dilapisi dengan logam yang mahal, namun

mendapatkan hasil yang sama dibanding dengan membuat logam tersebut

seluruhnya dari logam yang mahal.

Page 4

2. LATAR BELAKANG KEILMUAN

Elektrokimia {Electrochemistry) dapat didefinisikan sebagai ilmu sains

yang mempelajari hal-hal yang berhubungan dengan konversi energi secara kimia

dan elektris. Dalam hal ini mungkin saja penggunaan listrik untuk menghasilkan

reaksi kimia, atau penggunaan reaksi kimia untuk menghasilkan listrik.

Elektrokimia merupakan salah satu cabang sains kimia dan teknologi yang sangat

penting. Ilmuwan sejak jaman Faraday (1791-1867) telah tertarik dengan larutan

elektrolit, sifat korosif yang ditimbulkannya, serta proses-proses lain yang

berhubungan dengan perpindahan elektron dari satu substansi ke substansi lain.

Electrorefining adalah pemurnian logam menggunakan larutan elektrolit

dan arus listrik. Misalkan, pada proses pemurnian tembaga digunakan logam

tembaga tidak murni sebagai anoda dan kuprisulfat sebagai larutan garamnya.

Saat dialirkan arus dari anoda ke katoda, partikel tembaga pada anoda larut ke

dalam larutan meninggalkan logam tidak murni dan menempel pada katoda

berupa tembaga murni. Proses ini berlangsung lama hingga kandungan tembaga

pada anoda habis dan terbentuk logam tembaga murni pada katoda.

Electroforming adalah suatu proses membentuk material yang terbuat dari

logam yang dikandung larutan berdasarkan cetakan bentuk dari katoda.

Electroforming digunakan untuk membuat benda-benda yang tipis namun

memiliki tekstur tidak rata.

Untuk memeriksa kandungan logam dalam suatu larutan plating

digunakan uji laboratorium dengan cara melakukan elektroplating dengan larutan

Page 5

tersebut hingga logam yang digunakan untuk pelapis habis. Hasil dari

elektroplating ini akan ditimbang beratnya, dan dihitung pertambahannya sebelum

di-plating. Pemeriksaan dengan cara tersebut termasuk salah satu cabang dari

electroanalysis. Contohnya apabila yang akan diuji adalah larutan Kuprisulfat

maka proses elektroplating dilakukan dengan anoda inert (tidak larut dalam

larutan, seperti platinum) dan katoda Iogam selain tembaga (besi, kuningan,

alumunium). Katoda yang selesai di-plating nantinya ditimbang dan dikurangkan

dengan berat mula-mula katodanya. Dengan demikian akan diketahui kandungan

tembaga dalam larutan kuprisulfat.

Electrowinning adalah proses untuk mendapatkan kembali logam yang

telah larut dalam larutan, dalam bentuk padat. Anoda yang digunakan harus dalam

bentuk yang tidak larut (inert). Larutan yang akan diambil logamnya dielektrolisis

sehingga pelarut (biasanya air) akan terdekomposisi dan dilepas dalam bentuk

oksigen (semacam menguap) sehingga yang tersisa dalam larutan adalah logam.

Operasi ini biasa digunakan untuk mendapatkan seng dari bentuk batuan alamnya.

Cabang dari elektrokimia yang paling penting adalah theoretical

electrochemistry namun demikian adalah yang paling sedikit dipahami. Pada

cabang ini ilmuwan mempelajari mekanisme - kinetik dan termodinamik - dari

fenomena perpindahan ion dan perumusan matematis dari hukum konduksi

elektrolit, serta reaksi-reaksi pada anoda dan katoda.

Page 6

3. TEORIELEKTROPLATING

3.1. Konsep Elektroplating

Konsep elektroplating adalah reaksi kimia yang dihasilkan oleh arus

listrik. Tenninal yang memberikan arus dalam larutan disebut dengan

elektroda. Elektroda yang mengalami proses kimia reduksi adalah katoda,

sedangkan yang mengalami proses kimia oksidasi adalah anoda. Pada kedua

elektroda terjadi proses perpindahan ion, dari katoda ke anoda bermuatan

negatif disebut dengan anion, sedangkan dari anoda ke katoda bermuatan

positif disebut dengan kation. Larutan tempat terjadinya proses ini disebut

dengan elektrolit.

Konduksi dapat terjadi melalui dua cara, yaitu elektronik dan

elektrolitik. Konduksi yang terjadi secara elektronik, tidak disertai baik

dengan reaksi kimia maupun perpindahan material. Sedangkan pada

konduksi secara elektrolitik disertai dengan perpindahan material dan reaksi

kimia pada kedua elektroda.

3.2 Hubungan Dengan Kelistrikan

Elektroplating meletakkan dasar analitis diatas hukum Faraday yang

dicetuskan oleh Michael Faraday pada tahun 1833. Hukum tersebut

menyatakan bahwa:

1. Jumlah perubahan kimia akibat arus listrik sebanding dengan jumlah

arus yang lewat.

Page 7

2. Jumlah substansi berbeda yang dibebaskan oleh sejumlah arus listrik

sebanding dengan berat kimia ekuivalennya.

Berat kimia ekuivalen dari suatu meterial adalah berat atom suatu

material dibagi dengan perubahan valensi yang terjadi pada proses

elektrolisis. Jadi walaupun suatu logam hanya memiliki satu berat atom,

namun logam tersebut dapat memiliki berat ekuivalen lebih dari satu. Bila

besi sebagai elektroda menggunakan Fe3+

-> Fe° maka perubahan

valensinya adalah 3, sehingga berat ekuivalennya adalah 55,85 (berat atom

Fe)dibagi 3, yaitu 18,617.

Satu Coulomb didefinisikan dengan arus l ampere yang mengalir

selama 1 detik (1 As) atau sama dengan jumlah arus yang dibutuhkan untuk

melapiskan 0,001118 gram perak. Untuk melapiskan 1 gram perak

dibutuhkan 107,868/0.001118 = 96483 C, dibulatkan menjadi 96500 C. Jadi

persamaan yang didapat melalui hukum Faraday adalah :

g = Iet/96500

(2.1)

dimana g menyatakan berat substansi yang bereaksi, I adalah arus

dalam ampere, e menyatakan berat ekuivalen, dan t adalah waktu dalam

detik.

Bila tegangan sel diketahui, maka kita bisa menghitung energi yang

dibutuhkan, dengan persamaan:

W = VI t

(2.2)

dimana W adalah energi dalam Joule, V menyatakan tegangan dalam

volts, I menyatakan arus dalam ampere, dan t adalah waktu dalam detik.

Page 8

3.3. EfisiensiArus

Faraday menyatakan bahwa banyak perubahan kimia yang terjadi

dalam elektroda sebanding dengan jumlah arus yang lewat. Maka efisiensi

arus adalah perbandingan antara perubahan kimia yang diinginkan dengan

perubahan kimia yang terjadi. Efisiensi arus dinyatakan dengan persamaan:

CE = 100xAct/Theo

(2.3)

dimana CE adalah efisiensi arus dalam persentase, Act adalah

perubahan kimia yang terjadi (diperoleh dari percobaan), dan Theo adalah

perubahan kimia yang diinginkan (melalui perhitungan secara teoritis).

Efisiensi anoda didapat bila yang dikalkulasi adalah berat logam

pada anoda, dan efisiensi katoda adalah bila yang dikalkulasi adalah berat

logam pada katoda.

3.4. Densitas Arus

Pada elektroplating bukan berat dari logam yang dilapiskan yang

menjadi perhatian namun tebalnyalah yang lebih dipermasalahkan. Untuk

memperoleh hasil pelapisan yang merata diseluruh permukaan benda, maka

diperlukan sejumlah arus yang sebanding luas permukaan yang dilapisi.

Densitas arus merupakan variabel penting dari elektroplating yang

menentukan karakter lapisan, distribusinya, efisiensi arus, dan sebagainya.

Densitas arus dinyatakan dalam ampere per satuan luas (A/m2, A/dm2,

A/cm2).

Page 9

3.5. Distribusi Arus

Untuk memperoleh hasil lapisan yang merata dibutuhkan distribusi

arus yang merata pula. Arus umumnya mengalami perbedaan distribusi pada

bagian tengah logam dibanding dengan bagian ujung logam yang di-plating.

Arus lebih terkonsentrasi pada ujung logam sehingga oleh karena ketidak

merataan distribusi arus akan mengakibatkan lapisan yang tidak sama

tebalnya, bahkan mengakibatkan pembentukan hidrogen dan terjadinya

bintik serta kerak pada bagian logam yang konsentrasi arusnya tinggi.

Dalam mengatur distribusi arus ada dua cara yang digunakan, yaitu

melalui larutan dan peletakan elektroda. Kedua cara tersebut relatif sulit.

Pengaturan letak elektroda berhubungan dengan desain bak plating,

sehingga untuk usaha plating sederhana sulit diwujudkan. Pengaturan letak

elektroda juga memperhitungkan bentuk logam yang di-plating sehingga

bakplating dibuat secara khusus untuk aplikasi plating tertentu saja.

Sedangkan pengaturan larutan dilakukan untuk mendapatkan

throwing power yang bagus. Throwing power didefinisikan sebagai

kemampuan larutan untuk melapisi bagian logam yang sulit dan bentuknya

tidak merata. Juga diharapkan larutan mempunyai resistivitas rendah agar

aras mengalir tidak hanya ke bagian logam didepan elektroda, tetapi juga

pada bagian belakang logam yang dilapisi.

Page 10

4. DASARELEKTROPLATING

Elektroplating didefinisikan sebagai elektrodeposisi dari sebuah lapisan

logam adheren diatas suatu elektroda dengan tujuan memberikan sifat atau

dimensi tertentu yang berbeda terhadap permukaan logam asalnya. Untuk

melakukan proses elektroplating dibutuhkan empat komponen, yaitu :

1. Rangkaian eksternal, terdiri atas : sebuah sumber arus DC, medium penyalur

arus ke bak plating, instrumentasi lain seperti ammeter, voltmeter, dan

regulator arus atau tegangan.

2. Elektroda negatif atau katoda (yang merupakan bahan yang akan dilapisi), dan

media untuk menempatkan elektroda dalam bakplating.

3. Larutan plating, umumnya berbentuk cairan.

4. Elektroda positif atau anoda (yang merupakan logam yang dilapiskan), dapat

juga berupa logam yang inert dan tidak larut

4.1. Kegunaan Plating

Seperti yang telah disebutkan di atas, ada empat tujuan utama

mengapa logam dilapis dengan proses elektroplating, yaitu penampilan,

perlindungan, sifat khusus, sifat mekanis. Keempat kegunaan ini kadang

sulit dipisahkan satu sama lain, umumnya untuk satu proses elektroplating

memiliki dua atau lebih dari keempat fungsi tersebut.

4.1.1. Dekoratif. Banyak logam tidak menarik untuk dilihat, karena

memiliki sifat mudah teroksidasi, berminyak, atau berkarat. Contohnya

Page 11

seperti sea^, cten besi, yang nrerupakan logam paling murak yang tersedia

baaydk di pasaran Lapisarf tipiS krotft akan rrrerttpercantik penampilan

sekaligus menambah nilai jual dari b£si dail seng. Krom dapat di-plating

dengan proses 'bright plating1 dan terlihat mengkilat (bila dilakukan dengan

benar dapat bertahan hingga bertahun-tahun). 01 eh sebab ini maka krom

plating menjadi plating paling banyak digunakan selama ini untuk tujuan

dekoratif. Namun karena krom plating sendiri sangat tipis (untuk membuat

lapisan kromium dengan ketebalan tertentu sangat sulit, terutama karena

kesulitan dalam pengukuran ketebalan) maka digunakan kombinasi

tembaga-nikel atau nikel saja sebagai undercoat (lapisan bawah) kromium,

sehingga hasilplating dapat bertahan lebih lama.

Logam lain yang digunakan untuk dekoratif plating antara lain emas,

perak, tembaga, perunggu, kuningan, dan rhodium.

4.1.2. Protektif. Fungsi platmg untuk lapisan pelindung seringkali

dihubungkan dengan fungsi plating untuk dekoratif. Kombinasi tembaga-

nikel-kromium yang digunakan untuk bumper mobil, contohnya,

mempunyai dua fungsi, yaitu melindungi dari karat dan mempercantik

penampilan mobil. Khusus untuk fungsi proteksi, seng adalah logam yang

paling ekonomis dan efektif yang paling banyak digunakan. Walaupun seng

dapat dikilapkan, namun tidak akan bertahan lama, akibatnya seng jarang

digunakan untuk fungsi dekoratif. Kadmium lebih mahal dari seng, namun

memiliki sifat jauh lebih unggul daripada seng, kadmium lebih tahan korosi

Page 12

terutama bila digunakan pada lingkungan yang lembab atau di laut. Tin

(timah) berfungsi untuk melindungi besi terutama pada kaleng makanan.

Sebenarnya kombinasi fungsi timah dan besi adalah saling melengkapi,

dimana besi menguatkan sifat timah yang mudah penyok, dan timah

melindungi besi dari karat, sekaligus melindungi makanan dari besi. Kaleng

makanan merupakan penerapan proses elektroplating dalam jumlah besar

yang paling banyak digunakan oleh industri.

4.1.3. Sifatkhusus. Ada beberapa benda yang diperlukan untuk suatu

tujuan tetapi logam pembuatnya tidak memiliki sifat yang sesuai dan

menunjang fungsinya, sehingga perlu dilakukan plating pada logam dasar

tersebut untuk memberinya sifat yang sesuai dengan kebutuhan. Beberapa

contohnya antara lain:

- Timah dilapiskan pada kaki komponen elektronik untuk

mempermudah solder melekat padanya. Kaki komponen terbuat

dari tembaga, namun tembaga saja tidak cukup cepat dilekati

timah solder karena sangat sulit menjaga tembaga dari lapisan

film yang ditimbulkannya akibat interaksi dengan lingkungan.

Lapisan minyak ini akan mempersulit pelekatan timah solder

pada kaki komponen.

- Untuk fungsi reflektor (pada senter, atau lampu otomotif), logam

dilapisi dengan logam perak atau rhodium yang memiliki daya

refleksi tinggi.

Page 13

- Untuk fungsi relay dan switch yang bekerja dengan kontak putus

- sambung, diperlukan tahanan yang sangat kecil pada kontak.

Logam emas dan palladium dilapiskan pada kontak untuk

memperkuat fisik kontak dan memperkecil tahanan kontak.

4.1.4. Sifat mekanik. Kategori ini dapat digolongkan pada pemberian

sifat khusus pada logam dasar. Kategori ini dipisah dengan pertimbangan

bahwa untuk penggunaan mekanik, sebuah logam perlu dilapisi lebih tebal

dibanding dengan tiga kategori sebelumnya, seringkali hingga orde

milimeter ( tiga kategori sebelumnya hanya hingga orde mikrometer ).

Umumnya sifat flsik yang diinginkan dalam kategori ini adalah kekuatan

dan ketahanan. Terkadang plating digunakan untuk merekonstruksi ulang

bentuk dari logam yang telah rusak baik akibat penggunaan maupun salah

produksi.

Kromium dengan ketebalan jauh di atas ketebalan untuk fungsi

dekoratif, digunakan untuk melapisi laras senapan, membentuk gilingan

yang digunakan dalam mesin pembuat kertas, silinder mesin diesel, dan

banyak benda-benda lain yang membutuhkan kekerasan bahan. Klaker

untuk roda pintu besi harmonika, roda kendaraan, atau mencairkan tip-ex

semuanya terendam dalam cairan, yang mana mudah terjadi korosi,

sehingga dilapisi dengan kromium untuk meningkatkan daya tahan korosi.

Piston yang terbuat dari campuran logam aluminium di-plating dengan

timah campuran untuk menghindari terjadinya aluminium oksida yang dapat

Page 14

menyelep dinding piston saat dijalankan. Perak dan indium juga digunakan

untuk fungsi serupa.

4.2. Anoda

Anoda dalam elektroplating memiliki dua fungsi, pertama adalah

untuk menyalurkan kutub positif, dan kedua untuk untuk memperbarui

logam dalam larutan yang terdeposisi pada katoda. Anoda dapat digunakan

dalam berbagai bentuk (bongkahan logam padat atau pecahan-pecahan

logam yang kecil), yang dapat bersifat inert maupun aktif. Masing-masing

memiliki keunggulan dan kekurangan sendiri.

Anoda aktif cenderung bertindak memperbarui larutan dan

meminimumkan penambahan bahan kimia pada larutan. Anoda aktif ini

pada umumnya lebih mahal daripada logamnya. Kekurangan anoda aktif

terletak pada sifatnya yang cenderung tidak murni, sehingga dapat

mengakibatkan endapan dalam larutan (mengganggu proses plating). Selain

itu anoda aktif harus dikontrol agar tidak sampai membentuk lapisan film

pada permukaannya yang dapat mempengaruhi keaktifannya.

Ada banyak keuntungan dari anoda inert, diantaranya tidak adanya

endapan yang ditimbulkan, tidak memerlukan pengontrolan, dan tidak akan

berubah baik ukuran maupun bentuknya. Sebaliknya, pada proses yang

menggunakan anoda inert, Iogam dalam larutan harus diperbarui dengan

penambahan bahan kimia secara berkala atau diuji melalui laboratorium.

Page 15

Anoda tunggal pada dasarnya tidak dapat digunakan sepenuhnya,

cepat atau lambat akan tersisa bagian dari anoda yang tidak dapat digunakan

lagi (menjadi semacam ampas) dan harus dikembalikan ke pabrik

pembuatnya untuk dicairkan dan dibentuk kembali. Anoda tunggal terasa

lebih berat dan sulit dipindah-pindahkan.

Anoda yang berupa kepingan dapat sepenuhnya dikonsumsi untuk

plating. Anoda ini lebih mudah dipindahkan, merupakan kebalikan dari

anoda tunggal. Namun anoda ini memerlukan pengontrolan yang lebih

daripada anoda tunggal, karena arus dapat hilang saat melewati keranjang

tempat anoda kepingan diletakkan (sehingga efisiensi arus cenderung

rendah).

Nikel dapat membentuk oksida yang walaupun dapat mengalirkan

arus namun memungkinkan adanya oksidasi air dalam larutan (akan

mengakibatkan pasifitas anoda). Hal ini dicegah dengan ion-ion klorit pada

larutan Watts standar.

Timah campuran digunakan sebagai anoda dalam kromium plaling

dengan larutan asam kromat. Sifat inert-nya diakibatkan oleh karena

tingginya oksida film yang dihasilkan dalam larutan asam kromat. Untuk itu

titanium dipergunakan sebagai keranjang tempat anoda yang tidak rnert

diletakkan. Tingginya oksida film dalam larutan mengakibatkan titanium

menjadi inert dan tidak mengganggu proses. Titanium tidak boleh

dipergunakan pada kromium plating tanpa larutan asam kromat karena

titanium dapat bereaksi terhadap larutan tertentu.

Page 16

Gambar 2.1

Keranjang Tempat Anoda Kepingan Diletakkan

Oleh karena tidak ada logam yang 100% murni (terbuat hanya dari

satu bahan saja), maka timbul kesulitan endapan logam campuran dari

anoda yang digunakan.

J.K.Dennis. Nickel and Chromium Plating. (Butterworth & Co. Ltd.,

1986). p.46.

Page 17

Logam campuran (terdapat dalam bentuk partikel pada anoda) lebih cepat

larut dari anoda dan mengendap pada larutan. Akibatnya partikel ini dapat

menempel pada katoda dan membentuk permukaan kasar, lubang, dan

bagian yang tidak terlapis. Untuk mengatasi hal ini, anoda diletakkan pada

suatu tempat yang dapat menampung endapannya sehingga endapan tidak

sampai keluar dari tempat anoda lalu mengotori larutan. Namun demikian

larutan plating tetap harus diperbarui secara berkala. Pada industri plating

umumnya juga digunakan sebuah alat filter yang berfungsi untuk menyaring

endapan yang berasal dari anoda. Alat filter ini dijalankan selama proses

plating berlangsung sehingga larutan plating selalu berada dalam keadaan

bersih dari endapan.

4.3. Suhu

Suhu merupakan variabel yang cukup kritis pada proses

elektroplating umumnya. Untuk memperoleh hasil yang memuaskan

disarankan untuk menjaga agar range temperatur tidak lebih maupun kurang

2 °C dari suhu optimum. Pertambahan temperatur meningkatkan difusi dan

meningkatkan mobilitas ion, sehingga meningkatkan konduktivitas larutan.

Selain itu juga meningkatkan penguapan dan proses hidrolisis pada larutan.

Pada beberapa bahan logam, peningkatan temperatur mempengaruhi

kelarutan bahan tersebut. Karena banyaknya reaksi yang terjadi maka sulit

Page 18

untuk mengukur temperatur optimum untuk suatu larutan elektroplating,

kecuali bila dilakukan dengan percobaan secara intensif dan kuantitatif.

5. LISTRIK DALAM ELEKTROPLATING

Proses elektroplating membutuhkan listrik untuk memberikan beda

potensial antara kedua elektrodanya. Ada dua jenis arus listrik yang dikenal, yaitu

arus bolak-balik (Alternating Current, disingkat AC) dan arus searah (Direct

Current, disingkat DC). Listrik yang dibutuhkan untuk proses elektroplating

adalah arus searah (DC). Pada elektroplating, arus akan mengalir dari elektroda

yang memiliki potensial lebih tinggi ke elektroda yang memiliki potensial lebih

rendah, sehingga satu elektroda akan bertindak sebagai penyedia elektron dan

yang lain penerima elektron. Listrik untuk proses elektroplating umumnya

mempunyai beda potensial kecil namun dengan arus yang tinggi.

Antara aliran arus dan tegangan mempunyai analogi yang sama dengan

aliran air dengan beda ketinggian. Air akan mengalir bila terdapat beda

ketinggian, begitu pula arus, mengalir saat terjadi beda potensial. Air mengalir

melalui suatu medium yang akan menentukan debit air, yaitu variabel-variabel

semacam lebar diameter pipa, diameter keran, dan tekanan dalam pipa. Medium

yang dilalui oleh arus sepanjang terdapat beda potensial merupakan tahanan, yang

menentukan tingginya arus listrik yang mengalir. Terminologi hubungan antara

arus, beda potensial dan tahanan dinyatakan dalam persamaan :

I = V / R

(2.4)

Page 19

Dimana I adalah besar arus dinyatakan dalam satuan A (ampere), V adalah beda

potensial antara kedua elektroda dinyatakan dalam satuan V (volt), dan R adalah

tahanan yang dilalui oleh arus dinyatakan dalam satuan Q (ohm). Persamaan di

atas dikenal dengan hukum Ohm.

Terdapat perbedaan yang perlu diperhatikan antara arus yang mengalir

dengan kuantitas listrik. Kuantitas listrik adalah jumlah listrik yang dihantar oleh

aras 1 A selama 1 detik, dinyatakan dalam satuan A.s (ampere-detik) atau C

(coulomb).

Daya listrik mempunyai analogi deras aliran air. Untuk menghitung daya

listrik, dipergunakan persamaan:

P = V x I

(2.5)

Dimana P adalah daya listrik dinyatakan dalam satuan watts (W). Panas yang

ditimbulkan oleh arus pada tahanan dapat dinyatakan dengan persamaan:

P = I2 x R

(2.6)

Energi listrik adalah energi yang timbul oleh daya listrik yang dikeluarkan

setiap satuan waktu dan dapat dihitung dengan persamaan :

W = P x t

(2.7)

Dimana W adalah energi listrik yang dinyatakan dalam satuan joule (J).

Listrik yang didapatkan dari PLN berupa arus bolak-balik, tidak bisa

langsung digunakan untuk proses elektroplating. Selain itu, karena proses

elektroplating menggunakan beda potensial yang relatif kecil, sedangkan listrik

yang didapat dari PLN mempunyai beda potensial 220 V atau 380 V. Untuk

Page 20

menggunakan listrik dari PLN sebagai sumber arus proses elektroplating tentunya

diperlukan suatu alat yang akan mengatur kebutuhan beda potensial dan arus yang

akan digunakan.

Singkatnya, dibutuhkan alat yang memenuhi kriteria sebagai berikut:

1. Mengkonversi arus bolak-balik menjadi arus searah.

2. Menurunkan beda potensial dari PLN.

3. Memperbesar arus dari PLN.

5.1. Penyearah.

Untuk mengkonversi arus bolak-balik menjadi arus searah

dibutuhkan sebuah penyearah (rectifier).

Time-

1 cycle

Gambar 2.2

Arus Bolak-balik

Tlme-

Gambar 2.3

Arus Searah

Page 21

Penyearah adalah suatu alat yang mempunyai sifat melewatkan aras

ke satu arah tanpa hambatan, tetapi memberikan hambatan untuk arus ke

arah sebaliknya. Penyearah dibuat dari berbagai macam bahan, yaitu copper

oxide, copper sulfite, silicon, germanium, dan selenium. Namun hingga saat

ini penyearah yang paling banyak di pasaran ialah yang terbuat dari silikon.

Berikut adalah grafik gelombang output arus AC satu fasa dengan

penyearah.

Gambar 2.4

Arus AC Dengan Penyearah

Pada grafik di atas, output arus penyearah menjadi DC namun dapat

dilihat ketidakstabilan anis output. Lembah gelombang yang tampak pada

grafik di atas disebut sebagai ripple. Untuk proses elektroplating yang

berskala kecil, output arus AC satu fasa dengan penyearah sudah cukup

memenuhi kriteria dalam menghasilkan plating yang memuaskan.

Umumnya untuk proses elektroplating berskala besar, digunakan arus AC

tiga fasa dengan penyearah dimana ripple yang terjadi lebih kecil, seperti

tampak pada gambar 2.5.

Page 22

/\ A A A A /\ A A A /

V V

1 cycte

Gambar 2.5

Arus AC 3-Fasa Dengan Penyearah

Satu hal yang perlu diperhatikan adalah bahwa ripple pada aras

bukanlah merupakan salah satu penyebab dari hasil plating yang kurang

baik. Ripple pada arus hampir tidak mempengaruhi hasil akhir dari proses

elektroplating, dan oleh karenanya tidak pernah dipermasalahkan.2

5.2. Penurun Tegangan.

Untuk menurunkan tegangan PLN yang umumnya antara 110 V

hingga 380 V dapat digunakan sebuah trafo (transformator). Sebuah

transformator terdiri atas dua lilitan, yang disebut dengan lilitan primer dan

lilitan sekunder. Lilitan primer terhubung dengan beda potensial PLN,

sedangkan lilitan sekunder mengatur beda potensial output yang diinginkan.

Hubungan antara beda potensial dan banyaknya lilitan dinyatakan dengan

persamaan2.8.

2 Frederick A.Lowenheim. Electropldtmg. (McGraw Hill Inc, 1978). p. 160.

Page 23

(2.8)

Dimana Vp adalah beda potensial pada lilitan primer dan Vs adalah beda

potensial pada lilitan sekunder, keduanya dinyatakan dalam volt (V);

sedangkan Np menyatakan banyaknya lilitan pada kumparan primer dan Ns

banyaknya lilitan pada kumparan sekunder, keduanya merupakan konstansta

perbandingan tanpa satuan. Bila tegangan di kumparan primer lebih besar

daripada di kumparan sekunder maka trafo yang digunakan disebut trafo

step down, sebaliknya, bila tegangan pada kumparan primer lebih kecil

daripada kumparan sekunder maka trafo yang digunakan disebut trafo step

Output beda potensial dari trafo kemudian dihubungkan ke suatu

regulator. Fungsi dari regulator adalah memperhalus, menstabilkan, dan

memberikan kemudahan untuk mengubah arus maupun tegangan yang

diperlukan. Berdasarkan yang diatur, rangkaian untuk regulator dibagi

menjadi dua jenis, yaitu regulator arus untuk mengatur arus dan regulator

tegangan untuk mengatur tegangan.

5.3, Memperbesar Arus

Besar arus output bergantung pada kemampuan trafo menyediakan

arus. Besar arus menentukan dimensi trafo, karena trafo secara komersial

dihitung berdasarkan daya listrik yang dihasilkannya. Semakin besar daya

Page 24

listrik yang dihasilkannya, semakin besar pula dimensi dari trafo tersebut.

Disinilah kelemahan menggunakan trafo sebagai sumber arus dalam

elektroplating, selain harganya yang mahal, faktor bentuk dan beratnya

membuatnya tidak praktis.

5.4. Instrumentasi Elektronika

Proses elektroplating menggunakan dua instrumen elektronika

standar yaitu voltmeter dan ammeter. Kedua instrumen ini memiliki peran

vital dalam proses elektroplating untuk membantu memonitor kondisi kedua

elektroda.

Voltmeter digunakan untuk mengukur beda potensial antara kedua

elektroda selama proses plating berlangsung. Voltmeter yang baik harus

berisi tahanan yang sangat besar. Voltmeter dirangkaikan secara paralel

pada keduapm output regulator. Gambar rangkaian voltmeter pada sumber

listrik dapat dilihat di bawah ini:

itneter

shunt

\j\K

Sumber

A \

tegangan

J^0

Bak

Gambar 2.6

Penggunaan Voltmeter dan Ammeter Pada Elektroplating

Page 25

Ammeter digunakan untuk mengukur besar arus yang melewati

kedua elektroda selama proses plating berlangsung. Agar akurat, ammeter

mempunyai tahanan yang sangat kecil. Ammeter dirangkaikan secara seri

pada salah sztupin output sumber listrik, seperti terlihat pada gambar 2.6,

6. MATERIAL YANG DIGUNAKAN

Berdasarkan logam yang digunakan untuk melapis, Elektroplating dibagi menjadi

enam kategori utama, yaitu :

1. Sacrifwial Coating, digunakan umumnya untuk memberi perlindungan

kepada logam dasarnya (biasanya besi atau baja). Sifatnya mengorbankan

lapisan untuk melindungi logam di bawahnya.

2. Decorative Protective Coatings, digunakan untuk memberikan penampilan

menarik serta perlindungan pada logam dasarnya.

3. Engineering Coatings, jenis yang dimana pelapisan digunakan untuk tujuan

tertentu, seperti konduktivitas, tidak mudah penyok, mudah disolder,

reflektifitas, dan lain-lain. Disebut ]x\ga.functional coating.

4. Minor Metals, kelompok kecil logam yang dengan mudah dilapisi tapi tidak

begitu berguna.

5. Unusual metal, jarang digunakan untuk pelapisan, selain itu juga

membutuhkan larutan yang tidak biasa.

6. Alloys, logam-logam tidak murni yang digunakan dalam proses pelapisan.

Hanya sedikit yang memiliki kegunaan secara komersial.

Page 26

6.1. Sacrificial Coating.

Logam-logam yang digunakan untuk sacrificial coating umumnya

adalah seng (Zn) dan kadmium (Cd). Lapisan seng dan kadmium banyak

digunakan untuk melapisi besi dan baja. Walaupun seng dan kadmium dapat

dibuat menjadi mengkilat dan tampil menarik, namun biasanya penampilan

menarik tidak akan bertahan lama mengingat fungsinya adalah untuk

pelindung, sehingga dalam industri jarang sekali yang mengkilapkan lapisan

seng dan kadmium.

Kadmium lebih jarang digunakan, selain karena berharga lebih

mahal daripada seng, persediaan kadmium semakin sedikit dari waktu ke

waktu, dan yang utama adalah karena sifatnya yang sangat beracun

membuatnya dilarang untuk elektroplating di beberapa negara. Harga

kadmium : seng berbanding sekitar 10:1 hingga 20:1. Beberapa keunggulan

kadmium dibanding seng adalah, kadmiura lebih mudah disolder, lebih

tahan terhadap lingkungan asin, dan yang utama adalah kadmium plating

lebih mudah dikontrol daripada seng plating.

Seng adalah logam paling murah yang dapat digunakan untuk

melindungi besi dari korosi. Proses pelapisan seng pada besi adalah hot-

dipping ( pencelupan panas ) yang disebut juga dengan galvanizing.

Seng dan komponnya relatif tidak beracun, kecuali diasosiasikan

dengan ion beracun, seperti sianida. Seng dan komponnya diperbolehkan

untuk bersentuhan dengan makanan, kosmetik dan obat-obatan. Minuman

yang mengandung asam tidak diperbolehkan untuk disitnpan dalam seng

Page 27

atau kaleng yang dilapisi seng. Larutan plating untuk seng terdiri atas tiga

jenis besar, yaitu alkalin sianida, alkalin non-sianida, dan asam.

Berbeda dengan seng, kadmium dan komponnya sangat beracun,

mempunyai efek mirip dengan merkuri dan arsenik. Lapisan kadmium tidak

diperbolehkan bersentuhan dengan makanan atau minuman. Tekanan gas

yang dihasilkan oleh kadmium relatif tinggi, sehngga proses pelelehan,

pembentukan, pengelasan, dan penyolderan harus dilakukan pada ruangan

yang cukup ventilasi (udara terbuka). Larutan yang digunakan untuk proses

elektroplating kadmium adalah sianida.

Untuk memberikan permukaan yang mengkilat, kadmium plating

dicelup ke dalam larutan 0.5 hingga 1% asam nitrat, bromat, atau kromat.

Dengan waktu pencelupan kurang dari 1 menit, akan dihasilkan suatu

lapisan yang mengkilap dan dikompensasi dengan kehilangan sedikit

ketebalan plating. Seng plating berpotensial untuk menghasilkan kerak

putih hasil korosi pada keadaan lingkungan yang asam. Sifat lapisan seng

untuk menghasilkan kerak putih dapat dikurangi dengan Chromate

Conversion Coatings.

6.2. Decorative Coating

Logam yang umum digunakan untuk decorative coating adalah

tembaga, nikel dan kromium. Ketiga logam diatas merupakan kombinasi

umum yang banyak diketahui dan digunakan oleh electroplater, yang

banyak disebut oleh orang awam sebagai chrome plate (verkrom). Ada

Page 28

banyak sekali benda-benda yang diproses verkrom diantaranya perabotan,

alat elektronik, pipa, aksesori mobil, motor, batang kemudi sepeda, alat-alat

olah raga, mainan dan peralatan rumah tangga. Lapisan verkrom dapat

bervariasi, mulai dari yang sangat tipis dengan tujuan untuk penampilan,

hingga cukup tebal dan kuat untuk melindungi fungsi kerjanya hingga

beberapa tahun.

Kegunaan tembaga, nikel dan kromium selain untuk proses verkrom

juga memiliki kegunaan spesifik sendiri. Tembaga selain digunakan sebagai

lapisan bawah nikel dan krom, juga digunakan pada PCB, dalam

electrotyping dan electroforming, melapisi kabel, dan sebagainya. Nikel

dengan atau tanpa lapisan bawah tembaga, juga berguna untuk

electroforming, dan berbagai aplikasi dimana ketahanan terhadap korosi

diperlukan. Kromium dalam proses hard chromium, banyak digunakan

dalam industri yang membutuhkan kekerasan substrat.

Setiap tahunnya, sekitar 10000 ton tembaga, 23000 ton nikel dan

25000 ton krom digunakan untuk elektroplating. Kombinasi tembaga, nikel

dan krom paling banyak digunakan hingga diasumsikan sebagai dasar dari

elektroplating.

6.2.1. Nikel. Penggunaan nikel yang diketahui pertama kali adalah

untuk membuat logam campuran nikel-tembaga-seng di China pada abad

pertengahan. Pada pertengahan 1700, Cronstedt pertama kali mampu

memisahkan nikel dari pengotomya untuk penelitian analitis, kemudian

memberinya nama dari bahasa Jerman, kupfernickel, yang berarti tembaga

Page 29

palsu (false cooper). Nikel berada pada golongan VIII pada tabel periodik.

Sifat-sifat logam nikel dapat dilihat pada tabel 2.1.

Penggunaan logam nikel untuk elektroplating pertama kali

dilakukan pada tahun 1837. G.Bird melakukan elektrolisa pada larutan nikel

sulfat dan nikel klorit dalam waktu beberapa jam dan mendapatkan

bongkahan logam nikel di atas platinum sebagai katodanya. Pada 1840,

paten nikel plating komersial pertama diberikan pada J.Shore dari Inggris

yang menemukan larutan nikel nitrat. Setelah itu banyak orang berusaha

untuk menemukan larutannya sendiri. A.Smee dari Inggris (1841), Ruolz

dari Prancis (1843) dan Bottger dari Jerman (1843) adalah beberapa orang

yang pertama mempublikasikan hasil percobaannya. Bottger adalah yang

pertama menggunakan larutan elektrolit berdasar atas asam amonium sulfat,

yang digunakan secara komersial hingga 70 tahun kemudian. Penggunaan

asam borak sebagai buffer dan garam klorit sebagai pencegah pasifitas pada

anoda mulai populer pada tahun 1890, namun masih belum universal. Baru

kemudian pada tahun 1910, Profesor O.P.Watts dari University of

Wisconsin menemukan larutan esensial yang kemudian digunakan hingga

sekarang. Larutan untuk nikel plating ini terdiri dari campuran nikel sulfat,

nikel klorit dan asam borak, serta digunakan dalam suhu tinggi pada

densitas arus yang tinggi pula.

Page 30

Tabel2.13

Sifat-sifat nikel

Sifat

Nilai

Berat atom

Struktur kristal

Konstanta lattice pada 25°C

Titik lebur

Titik didih (dengan ekstrapolasi)

Kerapatan pada 20°C

Panas spesifik pada 20°C

Koefisien pemuaian rata-rata (dalam \iml°C)

pada20-100°C

pada 20-3 00°C

pada 20-500°C

Konduktifitas panas (dalam W/(m.K))

pada 100°C

pada 300°C

pada 500°C

Hambatan listrik pada 20°C

Koefisien hambatan panas pada 0-100°C

Suhu Curie

Magnetisasi saturasi

Magnetisasi residual

Gaya koersif

Permeabilitas awal

Permeabilitas maksimal

Modulus elastisitas

Rapatan

Regangan

Rasio Poisson

Reflektifitas (dalam %)

pada 0,3 \im

pada 0,55 \xm

pada 3,00 |im

emisifitas total (dalam

pada 20°C

pada 100°C

pada 500°C

pada 1000°C

58.71

fcc

0.35238 nm

1453 °C

2732 °C

8.908 g/cm3

0.44 kJ/(kg.K)

13,3

14,4

15.2

82,8

63,6

61,9

6,97 nfi.cm

0.0071 |jXXcm/oC

353°C

0,617 T

0,300 T

239 A/m4

0.251 mH/m

2.51-3.77

206 x 103MPa

73,6xlO3MPa

0.3

120

190

1978)

Kirk-Othmer. Encyclopedia ofChemical Technology. (John Wiley & Sons,

Page 31

Nikel plating merupakan logam paling penting bagi para

electroplater. Nikel merupakan logam yang paling banyak dipelajari baik

dari segi teori maupun praktek dibanding dengan logam lain yang juga

digunakan untuk plating. Nikel merupakan logam paling sensitif terhadap

zat aditif dalam larutan plating, sehingga mendorong para ilmuwan untuk

melakukan riset. Oleh karena itulah aditif nikel plating merupakan bisnis

yang cukup menguntungkan bagi industri kimia. Pada tahun 1980, kurang

lebih 40% dari produksi sekitar 60000 ton nikel mentah digunakan untuk

keperluan industri plating sehingga nikel menjadi logam yang paling banyak

penggunaannya dalam industri plating dibanding kegunaannya dalam

industri lain.

Ada banyak variasi plating yang dapat dibuat dengan nikel, yaitu

mengkilat, agak mengkilat atau tidak mengkilat, keras atau lunak, dengan

atau tanpa internal stress, mulus atau kasar, tahan karat atau hanya sekedar

dekoratif. Prinsip nikel plating digunakan sebagai undercoat untuk krom

plating yang tipis dan hanya berfungsi sebagai pemanis permukaan saja.

Nikel plating banyak digunakan untuk proses plating dekoratif kombinasi

tembaga - nikel - krom. Tembaga digunakan pada benda-benda yang

berhubungan dengan listrik, sehingga untuk benda yang tidak digunakan

untuk listrik, tembaga dapat dihilangkan dari kombinasi tersebut. Nikel

merupakan substansi yang digunakan untuk memperkuat logam yang di-

plating sehingga nikel merupakan komponen yang esensial dalam

Page 32

kombinasi tersebut. Sedangkan krom digunakan untuk memberi kilau pada

permukaan nikel plating.

6.2.2. Kromium. Merupakan logam golongan VIB pada tabel periodik,

dengan nomor atom 24, kromium merupakan logam terbanyak pada urutan

ke 21. Kromium pertama kali dipisahkan dari campurannya pada tahun 1798

oleh kimiawan Prancis, Vauquelin yang bekerja dengan mineral asing,

Timah merah Siberia (atau crocoite, PbCrC^ ). Nama yang diberikan adalah

chroma dari bahasa Yunani, yang berarti warna, karena banyaknya variasi

wama yang ditunjukkan oleh komponnya. Implementasi logam kromium

pertama kali adalah untuk pigmen warna, khususnya kuning krom ( chrome

yellow ); larutan kromium sulfat juga digunakan untuk mewama kulit

dimana diketahui bahwa reaksi antara kromium dan serat kolagen mampu

meningkatkan stabilitas kelembaban kulit dan memberi ketahanan atas

serangan bakteri. Kegunaan penting kromium adalah sebagai logam

campuran untuk baja yang dikembangkan pada abad 19 di Prancis.

Kromium digunakan untuk pembangunan pertama kali adalah untuk

membangun jembatan Eads Bridge menyeberangi sungai Mississippi di

Amerika Serikat pada tahun 1867-1874. Sifat-sifat logam kromium dapat

dilihat pada tabel 2.2.

Page 33

Tabel 2.24

Sifat-sifat Kromium

Sifat

Nilai

Berat atom

Struktur kristal

Isotop (dalam %)

•a

Titik lebur

Titik didih

Kerapatan pada 20°C

Panas spesifik pada 25°C

Tekanangas 130Pa

Panas fusi

Koefisien pemuaian rata-rata pada 20°C

Konduktifitas panas pada 20°C

Hambatan listrik pada 20cC

Magnetisasi spesifik pada 20°C

Gaya koersif

Total emisifitas pada 100°C

Potensial standar elektroda valensi 0 hingga 3+

Potensial ionisasi

Pertama

Kedua

Refraktif

Modulus elastisitas

Reflektifitas (dalam %)

pada 300 nm

pada 500 nm

pada 1000 nm

pada 4000 nm

Kompresibilitas pada 10-60 TPa

Waktu paruh isotop 51Cr

51.996

bcc

4.31

83.76

9.55

2,38

1875 °C

2680 °C

7,19g/cm3

0.46 kJ/(kg.K)

1610°C

13.4-14.6 kJ/mol

6.2 |am/°C

91 W/(m.K)

0.129 |aQ.m

3,6 x 10"6

239 A/m4

0.08 atm

0.71V

6.74

16.6

1,64-3,28

2570-6080

250 GPa

70x10"3

27,8 hari

Kirk-Othmer. Op.cit.

Page 34

Beberapa perkembangan penting kromium antara lain penemuan

chromyl compound pada 1824, chromous compound pada 1844, chrome

tanning pada 1858, penemuan organochromium compound pada 1919, dan

yang terakhir adalah penggunaan kromium untuk elektroplating sekitar

tahun 1926.

Referensi pertama untuk kromium plating dimulai pada tahun 1848

diatas paten Junot de Bussy. Bunsen pada tahun 1854 menerbitkan jurnal

ilmiah mengenai krom plating. Lebih lanjut, pada tahun 1856 Dr.Guther di

Gottingen, Jerman, mempublikasikan bahwa larutan krom plating yang

digunakannya mengandung asam kromat, yang mungkin mengandung

sedikit endapan sulfat. Oleh karena endapan sulfat yang tidak ikut

dipublikasikan, maka penggunaan asam kromat banyak mengalami

kegagalan sehingga untuk 40 tahun kemudian ilmuwan berkonsentrasi pada

larutan trivalen kromium. Pada tahun 1924, Profesor C.Fink dan asistennya,

Schwartz, Eldridge, dan Dubperaell menghasilkan percobaan yang

menggunakan asam kromat sebagai larutan dasarnya, dicampur dengan

sedikit ion sulfat atau fluorit kompleks yang berfungsi sebagai katalis.

Larutan ini digunakan hingga saat ini.

Ada dua macam krom plating yang dikenal; yang pertama adalah

dekoratif, dimana tebal lapisan krom mencapai hingga 0.75 (a.m membentuk

lapisan anti noda dan sifatnya mengkilat; dan yang kedua adalah hard krom

yang tahan terhadap karat, panas, erosi, benturan dan gesekan minor. Pada

Page 35

hard krom, pelapisan dilakukan tanpa menggunakan undercoat plating

seperti nikel.

Beberapa kegunaan kromium, antara lain:

1. Untuk katalis. Kromium kompon digunakan sebagai katalis

dengan mengkonsumsi sebanyak 1500 ton sebagai sodium

dikromat per tahunnya. Katalis kromium digunakan dalam

berbagai aplikasi antaranya hidrogenasi, oksidasi, dan

polimerisasi.

2. Reaksi fotosensitif. Reduksi kromium(VI) oleh kompon organis

dapat menghasilkan reaksi fotosensitif. Sifat ini dimanfaatkan

dalam sistem fotosensitif dengan dikromat-koloid.

7. LARUTAN YANG DIGUNAKAN

Setiap larutan plating yang digunakan mengandung beberapa bahan yang

mempunyai fungsi sebagai berikut:

1. Menyediakan logam yang dilapiskan

2. Membentuk kompleks dengan logam pelapis

3. Bersifat konduktif

4. Mampu menstabilkan larutan (dari hidrolisis)

5. Mampu menjadi bvffer (menstabilkan pH)

6. Memodifikasi bentuk fisik lapisan

7. Membantu melarutkan anoda

8. Memodifikasi sifat-sifat lain dari larutan (tergantung pada larutannya)

Page 36

Namun demikian, tidak semua larutan wajib memiliki delapan fungsi

tersebut, karena ada yang memerlukan lebih dari delapan dan ada pula yang

memerlukan tidak sampai delapan (bergantung pada proses dan elektrodanya).

Penjelasan dari delapan fiingsi tersebut adalah sebagai berikut:

a. Jelas, suatu larutan harus mengandung logam pelapis.

b. Garam kompleks tidak wajib diperlukan, dapat juga menggunakan garam

biasa, namun hasil yang didapat akan jauh lebih baik bila menggunakan

garam kompleks.

c. Semua larutan ion bersifat konduktif, namun banyak garam logam yang bukan

konduktor yang baik, sehingga untuk menghindari penggunaan tegangan

tinggi, ditambahkan garam konduktif.

d. Banyak garam logam menghasilkan hydrolisis, karena logam hidroksit

mengendap:

MX + H2O -> M(0H) I + HX

(2.9)

Pada beberapa larutan alkalin, penyerapan karbon dioksida dari udara akan

mengendapkan logam, kecuali larutan mengandung penerima karbon

dioksida.

e. Banyak larutan plating bersifat sangat asam atau alkalin, karena itu kontrol

pH tidak begitu penting. Untuk larutan yang sifatnya netral, yaitu dengan pH

antara 5 dan 8, kontrol pH menjadi penting dan umumnya dibutuhkan buffer

untuk larutan.

Page 37

f. Bila larutan mengandung logam pelapis maka saat arus dialirkan dari anoda

ke katoda, logam tersebut akan melapisi katoda, namun lapisan tersebut akan

tidak berguna kecuali ditambahkan zat additif untuk mengendalikannya.

g. Kecuali anoda yang digunakan bersifat inert (tidak bereaksi pada larutan)

diharapkan untuk memperbarui logam pada katoda sehingga kondisi larutan

stabil. Beberapa logam anoda bersifat pasif dan inert kecuali ada ion yang

membuatnya aktif.

h. Beberapa larutan membutuhkan aditif untuk kegunaan tertentu. Contohnya,

penambahan komponen sulfur seperti sodium polysulfide pada larutan zinc

cyanide untuk mengendapkan pengotor yang dapat merusak hasil plating.

7.1. NikelPlating

Larutan yang digunakan untuk nikel plating yang paling populer

adalah Watts Bath. Tabel formula Watts Bath untuk nikel plating dapat

dilihat pada tabel 2.3.

Nikel Sulfat berfungsi untuk menyediakan ion-ion nikel. Nikel

Sulfat adalah garam nikel termurah dan stabil, tidak teroksidasi pada anoda

dan tidak tereduksi pada katoda serta tidak mudah menguap. Beberapa

perabahan yang dilakukan terhadap larutan aslinya salah satunya adalah

penambahan volume nikel sulfat (untuk memungkinkan penggunaan arus

lebih besar dan penyepuhan yang merata).

Page 38

Tabel 2.35

Komposisi Larutan Watts Untuk Nikel Plating

Nikel sulfat (NiSO4)

Nikel klorit (NiCl2)

Asam boric (H3BO3)

Temperatur

Densitas Arus

Range

Konsentrasi

Molaritas

g/L

225-375

0,86-1,43

30-60

0,13-0,25

30-40

0,5-0,65

45-65°C

1,5-4,5

2,5-10 A/dm2

Umum

Konst

g/L

330

60°C

3-4

Mol

1,25

0,19

0,60

Nikel Klorit berfungsi menyediakan ion-ion klorit, yang mampu

mencegah pasifitas pada anoda. Meskipun garam klorit lain juga mampu

berfungsi serupa, namun garam nikel lain dapat menghasilkan kation lain

yang akan mempengaruhi penyepuhan karena nikel mempunyai sifat yang

sensitif terhadap keberadaan ion logam yang tidak inert, seperti sodium,

amonium, dan potasium. Selain untuk mencegah pasifitas pada anoda, ion

klorit juga berfungsi untuk meningkatkan konduktifitas larutan dan

memperbesar throwingpower.

5 Frederick A.Lowenheim. op.cit. p.213.

Page 39

Asam Borak berfungsi sebagai buffer laratan yang mengontrol pH

dari lapisan film pada katoda. Asam borak juga memberikan efek putih pada

lapisan nikel. Selain itu, asam borak mudah didapat, murah, tidak menguap,

dan kompatibel terhadap aditif lain untuk Watts Bath.

Aditif yang digunakan untuk Watts Bath salah satunya adalah anti-

pitting agents, yang berfungsi untuk mencegah lubang pada lapisan yang

disepuh. Aditif ini diperlukan karena efisiensi katoda untuk nikel plating

berkisar antara 97%, bukan 100%. Oleh karena itu, pada permukaan katoda

akan timbul hidrogen yang kemudian menyebabkan cekungan-cekungan

pada lapisan nikel. Untuk mengatasi hidrogen menempel pada permukaan

katoda, digunakan hidrogen peroksida, dengan takaran 0.5 ml/1 dari larutan

30% hidrogen peroksida per liter.

Hidrogen peroksida tidak kompatibel dengan larutan aditif organik.

Sodium lauryl sulphate adalah salah satu aditif organik yang mampu

mencegah timbulnya hidrogen pada pemiukaan katoda. Supaya larutan

aditif berfungsi raenghilangkan cekungan, maka harap untuk membersihkan

komponen dari minyak, lemak, dan kotoran.

Kebanyakan nikel anoda dan garam nikel mengandung logam cobalt,

(karena banyak logam ingot nikel yang diproduksi masih mengandung

cobalt). Yang perlu diperhatikan adalah bahwa keberadaan cobalt dalam

larutan hanya mempunyai efek kecil kalaupun ada.

Ada beberapa variasi pada Watts Bath, yang digunakan untuk

penyepuhan tertentu. Larutan dengan kandungan hanya Nikel klorit saja

Page 40

digunakan untuk mendapatkan hasil yang lapisan yang lebih keras dan

berpori-pori sangat halus, karena larutan ini memiliki konduktivitas lebih

baik dan throwing power lebih besar dibanding dengan Watts Bath. Namun

larutan nikel klorit penuh, tidak begitu kompatibel dengan zat-zat aditif

seperti bnghtener dan leveller.

Larutan dengan kandungan nikel sulfat penuh, tanpa klorit,

digunakan untuk anoda yang sifatnya sulit larut, seperti platina. Juga

digunakan untuk katoda tertentu, contohnya seperti menyepuh bagian dalam

pipa berdiameter kecil.

Perkembangan nikel plating saat ini dapat menghasilkan lapisan

nikel yang mengkilat dan terang tanpa perlu diselep maupun dipoles. Untuk

larutan Watts Bath, hasil yang diperoleh pada suhu 60°, pH 3 hingga 4,

densitas arus 5 A/dm2, adalah lapisan nikel yang polos dan tidak kilap, maka

dari itu sebelum larutan untuk bright nickel plating ditemukan, hasil

penyepuhan harus dipoles dan diselep.

Zat pengkilau berupa kation inorganik, khususnya cadmium. Bnght

plating pertama menggunakan Weisberg-Stoddard bath, yang mengandung

sedikit cobalt, formaldehyde, format dan beberapa zat aditif lain, sehingga

lapisan sepuhan juga mengandung cobalt 1% hingga 5%.

Page 41

500

1000

Densitas Arus, A/m2

1500

500

1000

DensttasArus,A/m2

(b)

15«

•

• >

Klont konsentrasi

tinggij

Full Klont

Daerah

Operasi

500

1OO0

Denatas Arus, A/m^

(c)

1500

S .

Daerah

X Operasi

Gambar 2.7

500

1000

Densitas Arus,A/m2

(d)

!KX>

Efek Dari Variasi Penggunaan Larutan Watts

(a) Larutan Watts Normal; (b) Larutan Watts Pada 40°C; (c) Penambahan

Konsentrasi Ion Klorit; (d) Larutan Diaduk

6 Frederick A.Lowenheim. op.cit. p.214.

Page 42

Brightener untuk nikel dibagi menjadi dua kelas. Kelas I termasuk

asam sulfonik aromatik, sulfonamide, dan asam sulfinik. Brightener kelas

ini memproduksi hasil plating yang hampir terang (agak berkabut).

Konsentrasi untuk brightener kelas satu berkisar antara 1 hingga 10 g/L.

Fungsi sampingannya adalah menurunkan tekanan pada lapisan plating

sehingga lapisanplating tidak mudah retak atau pecah. Brightener kelas satu

mengandung belerang dengan konsentrasi sampai 0.03 % pada pH 3-5.

Brightener kelas II digunakan sebagai campuran untuk brighlener

kelas I. Fungsinya adalah untuk menghasilkan lapisan platmg yang benar-

benar terang, halus, dan tebal. Dengan brightener kelas II semakin lama

proses plating semakin tebal lapisan plating. Brightener kelas II

mengandung karbon dan harus digunakan sebagai kombinasi dengan

bnghtener kelas I. Tanpa campuran brightener kelas I, hasil lapisan plating

akan berbintik, mudah retak atau pecah, dan tidak lekat (kecuali Coumarin).

Brightener kelas II yang paling efektif mengandung zat organik kelompok

aldehyde (seperti formaldehyde), olefinic (seperti coumarin), gugusan C=C

(seperti butyne dioJ).

12. KromPlating

Larutan yang digunakan untuk krom plating pada dasamya terdiri

atas asam kromat yang dilarutkan dalam air. Namun krom tidak dapat

dipindahkan hanya dengan asam kromat dan air, sehingga diperlukan sedikit

larutan asam radikal yang mampu bertindak sebagai katalis memungkinkan

Page 43

terjadinya penyepuhan pada katoda. Zat yang banyak digunakan adalah

sulfat dan fluorit. Fluorit dipergunakan dalam bentuk fluosilicate atau

silicofluoride. Fluorit bekerja dengan cukup baik, namun karena volume

yang dipergunakan sangat kecil, maka sulit sekali mengontrolnya.

Umumnya rasio antara asam kromat katalisnya sekitar 100:1. Untuk katalis

sulfat biasanya digunakan asam sulfat.

Efisiensi arus untuk krom plating sangat kecil, sekitar 10% - 25%

untuk sepuh terang. Tegangan listrik yang digunakan berkisar dari 4 hingga

12 volt dengan arus yang cukup tinggi sehingga memungkinkan proses yang

cukup cepat pula. Throwing power dari krom plating sangat rendah, negatif

bila diukur dengan teknik Haring -Blum.

Untuk larutan yang dipergunakan secara komersial, umumnya

mengandung 200 - 400 g/1 asam kromat untuk memperoleh perbandingan

konduktifitas tinggi, efisiensi arus tinggi, hasil memuaskan dan komposisi

larutan yang stabil. Konduktifitas maksimum larutan dicapai pada

konsentrasi 400 - 500 g/1 asam kromat.

Pada proses krom plating dibutuhkan katalis yang akan membantu

menaikkan tingkat efisiensi arus sehingga hasil plating memuaskan. Namun

demikian proses plating tidak hanya bergantung pada rasio katalis dan asam

kromat, melainkan ada banyak pengaruh luar yang belum diketahui

penjelasannya berkaitan dengan hasil yang didapat. Komposisi larutan krom

plating dengan asam kromat dapat dilihat pada tabel 2.4.

Page 44

Ketebalan lapisan krom diatas nikel bergantung pada aplikasi benda

yang di-plating. Perabot rumah tangga yang digunakan untuk indoor dan

kondisi kering memerlukan ketebalan hingga 0.1 ^m (termasuk untuk pipa

saluran air), untuk interior mobil dapat lebih tebal, dan untuk exterior mobil

(spakbor, bumper, velg, gnll) memerlukan ketebalan hingga 1,25 \xm.

Tabel 2.47

Komposisi Larutan Asam Kromat Untuk Krom Plating

Encer

g/L

Mol

Pekat

g/L

Mol

Asam kromat (CrCh)

250

Sulfat(SO4")

2,5

Rasio CrO3 / SO4"

2,5

0,026

100

400

4,0

0,042

100

Pada dasarnya untuk krom plating dapat digunakan dua macam

larutan, yaitu larutan konvensional, dimana katalis yang digunakan adalah

sulfat, dan larutan katalis campuran {mixed-catalyst bath), dimana katalis

yang digunakan selain sulfat juga mengandung fluorit (umumnya dalam

bentuk fluosilicate). Tabel 2.4 diatas adalah komposisi dasar untuk larutan

konvensional.

7 Frederick A.Lowenheim. op.cit. p.237.

Page 45

Kecepatan pelapisan adalah faktor yang sangat penting, oleh karena

waktu plating diusahakan sesingkat mungkin, sebagai akibatnya efisiensi

arus harus setinggi mungkin agar seluruh permukaan katoda sempat

terlapisi. Maka dari itu efisiensi arus merupakan faktor penentu untuk

throwing power. Berikut beberapa grafik yang menunjukkan variasi range

kerja larutan konvensional untuk \uomplating.

lapisan gelap

(

lapisan terang ^ _ ^

lapisan gelap

1000

2000

3000

DensitasArus,A/m2

Gambar2.88

Daerah Kerja Krom Plating Terang

Frederick A.Lowenheim. op.cit. p.238.

Page 46

1.5

4.5

T.S

Konsentrasi Suliat, g/L

Gambar 2.99

Hubungan Antara Efisiensi Katoda &

Konsentrasi Sulfat; 45°C, lOOOA/m2

5 10 e 20 25 30

Waktu Plating, um/jam

Gambar2.1010

Kecepatan Krom Plating Untuk Larutan Encer

Frederick A.Lowenheim. op.cit. p.239.

Frederick A. Lowenheim. op.cit. p.238.

Page 47

5 10 S 20 25

Waktu Piating, um/jam

Gambar 2.11n

Kecepatan Krom Plating Untuk Larutan Pekat

Persiapan untuk krom plating umumnya tidak banyak, terutama bila

krom plating digunakan sebagai lapisan luar untuk nikel plating. Pada

banyak kasus nikel plating sudah cukup bersih dan dapat langsung

dilanjutkan dengan proses krom plating, Namun pada beberapa kasus,

katoda yang telah dilapisi nikel tidak langsung di-krom, tetapi disimpan

untuk waktu cukup lama, juga pada kasus dimana pelapisan nikel

menggunakan larutan yang terkontaminasi oleh logam lain, maka katoda

tersebut harus terlebih dulu dibersihkan sebelum proses krom plating bila

tidak ingin hasil yang diperoleh rusak.

Frederick A.Lowenheim. op.cit. p.239

Page 48

Biasanya katoda tersebut dikatakan tidak lagi 'aktif sehingga harus

'diaktifkan' terlebih dulu, yaitu melalui proses pencelupan ke dalam larutan

asam sulfurik, atau menggunakan teknik cathoda cleaning.

8. PERSIAPANSEBELUMPLATING

Saat logam selesai dibentuk, logam tersebut telah melalui banyak proses

fabrikasi yang meninggalkan residu pada permukaan logam. Pemotongan,

pengeboran, pemolesan, pengikiran, pengelasan, dan sebagainya, semuanya

meninggalkan residu yang harus dibersihkan sebelum logam di-plating. Selain itu

banyak logam yang membentuk lapisan film, oksida, sulfit dan bermacam-macam

zat-zat lain yang dapat menimbulkan korosi. Sebelum dilakukan proses plating,

suatu logam harus berada dalam keadaan bersih. Definisi dari bersih secara

praktek adalah tidak mengandung kontaminasi yang dapat mempengaruhi kualitas

dari pelapisan.

Bila terjadi masalah pada proses plating banyak electroplater

berpengalaman menduga bahwa penyebabnya ialah dari proses pembersihan

logam. Beberapa test telah diciptakan untuk mendeteksi kotoran pada permukaan

logam.

Gravimetri melakukan tes berat pada permukaan logam. Test fluorescent

dilakukan untuk melihat residu berupa lapisan minyak. Untuk usaha plating tes

yang digunakan jauh lebih sederhana, yaitu test water break. Pada test ini

dilakukan pengujian dengan membasahi pemiukaan logam, kemudian mengamati

Page 49

air di atas permukaan logam. Bila logam dalam kondisi kotor, maka air akan

terpecah dan berbintik. Sebaliknya, bila logam dalam keadaan bersih, maka air

akan terkumpul menjadi satu.

Dalam melakukan test water-break juga perlu diperhatikan agar tidak ada

sisa residu akibat pembersihan dari larutan alkalin, karena larutan alkalin tidak

terdeteksi oleh test water-break namun dapat mempengaruhi proses plating.

Test yang lebih sensitif adalah menggunakan atomizer yang

menyemprotkan air ke permukaan logam, kemudian diamati. Bila bintik-bintik air

pada permukaan logam menjadi satu, maka permukaan logam tersebut bersih,

sebaliknya, bila bintik-bintik air tidak mengumpul maka logam tersebut masih

kotor. Test atomizer ini diciptakan oleh Linford dan Saubestre.

Test-test tersebut hanya diperuntukkan bagi residu organik saja, sedangkan

residu non-organik dan lapisan oksida masih akan terlewatkan. Penilaian akhir

hanya dapat dilakukan setelah keseluruhan proses plating dilakukan. Memang,

sangat mahal dan sia-sia untuk mendapati bahwa ada kesalahan saat keseluruhan

proses plating telah selesai, namun tidak ada lagi cara lain yang dapat digunakan

selain berbekal pengalaman.

Pembersihan material ini dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu kimiawi

dan mekanis.

8.1. Pembersihan Secara Kimiawi

Pembersihan material secara kimiawi mengacu pada dua faktor

penting, yaitu sifat dan kuantitas endapan, dan sifat larutan pembersih.

Page 50

Walaupun ada banyak cabang, tapi proses pembersihan kimiawi terbagi

menjadi tiga wilayah besar, yaitu larutan organik, larutan alkalin, dan asam.

8.1.1. Larutan organik. Metode yang digunakan untuk melakukan

pembersihan dengan larutan organik adalah Vapor Degreasing. Pada proses

ini, larutan diuapkan dan logam yang dibersihkan diletakkan diatas larutan.

Gambar sistem vapor degreasing dapat dilihat di bawah ini.

Heater

kumparan

pendingin

Pengumpul

embun

Gambar2.12

Sistem Vapor Degreasing

Frederick A.Lowenheim. op.cit. p.71.

Page 51

Dengan metode ini larutan yang menguap akan menempel pada

permukaan logam kemudian berubah menjadi cairan kembali, dan menetes

turun kembali ke dasar. Konsekuensinya larutan akan selalu dalam keadaan

bersih. Larutan yang digunakan untuk ini berupa chlorinated hydrocarbon,

biasanya dilarutkan dengan inhibitor untuk menghindari hidrolisis. Tabel

larutan organik dapat dilihat di bawah ini.

Tabel 2.5

Spesifikasi Larutan Pembersih Organik

Larutan

Nama

Perchloroethylene

Trichloroethylene

1,1,1 -Trychloroethane

(Methylchloroform)

Methylene chloride

Trichlorofluoroethane

Rumus

C12C==CC12

HC1C=CC12

H3C—CC13

CH2C12

CC12F CC1F2

Titik

pada

didih

1 atm

'C)

121

Tekanan

gas pada

20°C

(kPa)

105

352

273

Gravitasi

spesifik

1,625

1,456

1,325

1,335

1,42

13 Frederick A.Lowenheim. op.cit. p.70.

Page 52

Untuk beberapa residu, metode ini dapat menyebabkan masalah,

terutama bila permukaan logam mengandung residu inorganik (tidak larut

dalam larutan organik) seperti pasir selep, yang mana proses vapor

degreasing akan menyebabkan residu inorganik lebih melekat pada

permukaan logam. Metode ini digunakan secara terbatas hanya untuk

membuang lapisan minyak, tanpa membuang kotoran padat dalam bentuk

pasir atau partikel kecil. Bila lapisan minyak terbuang, dan permukaan

logam mengering, partikel ini lebih sulit dibersihkan bahkan oleh larutan

alkalin.

Kelemahan dari metode ini adalah penggunaan larutan organik yang

hampir semua beracun, sehingga berbahaya bagi operatomya. Akibat dari

adanya larutan organik dalam ruangan adalah kekurangan oksigen.

8.1.2. Larutan Alkalin. Proses vapor degreasing bisa dilakukan, bisa juga

tidak untuk sebagian logam, namun pembersihan dengan larutan alkalin

wajib dilakukan. Larutan alkalin dapat bersifat heavy duty, light duty, dapat

dicelup atau elektrolitik, dapat digunakan dengan berbagai cara seperti

direndam, disemprot, atau dioleskan. Larutan alkalin dibuat secara khusus

tergantung pada permukaan yang akan dibersihkan, sifat residu, sensitivitas

proses, seberapa bersih yang diperlukan, metode penggunaan, dan tingkat

polusi yang dihasilkan. Semua parameter di atas menentukan bahan

campuran larutan alkalin. Logam besi tahan terhadap larutan alkalin keras

Page 53

namun tembaga dan alloy-nya.tidak, sehingga haras menggunakan larutan

alkalin yang lebih ringan. Tabel bahan campuran untuk larutan alkalin dapat

dilihat di bawah ini.

Tabel 2.6

Komposisi Larutan Pembersih Alkalin

Bahan

Logam

Metode penggunaan

Sodium hydroxide (NaOH),%

Sodium metasilicate (Na2SiO3),%

Sodium tripolyphosphate (Na5P3Oia

Sodium carbonate (Na2CO3),%

Sodium bicarbonate (NaHCO3), %

Surfactant: 40% sodium linear

alkylate sulfonate, %

Konsentrasi, g/L

Densitas arus, A/dm2

Suhu, °C

baja

elektro

),% 5

60-120

5-10

80-mendidib

tembaga

elektro

30-60

2-5

70-82

seng kuningan

elektro

30-45

2-5

65-75

elektro

25-45

1,5-5

60-70

aluminium

celup

30-60

70-82

Larutan Alkalin harus larut dalam air, larutan tersebut harus

memiliki sifat-sifat antara lain membasahi permukaan yang dibersihkan,

dapat mengupas lapisan kotor di permukaan, dapat mengemulsikan minyak,

lemak, dan partikel padat, dapat dicuci dengan air, tidak mempengaruhi

permukaan logam. Selain itu harus mempunyai sifat sebagai buffer tinggi,

tidak menghasilkan buih atau busa selama proses pembersihan dan

pencucian.

14 Frederiek A.Lowenheim. op.cit. p.72.

Page 54

8.2. Metode Pembersihan

8.2.1. Dengan tangan. Metode pembersihan paling mendasar dan mudah

dilakukan adalah dengan tangan secara manual. Pembersihan dengan tangan

menggunakan berbagai macam alat seperti sikat, kuas, dan kain. Larutan

pembersih harus tidak beracun.

8.2.2. Perendaman dengan larutan alkalin.

Pada metode ini logam

yang dibersihkan direndam dalam larutan alkalin yang panas dan diaduk

untuk mempercepat proses pembersihan. Panas dan gerakan mempercepat

pembasahan, emulsifikasi, dan saponifikasi. Pengadukan ditujukan agar

kotoran yang telah lepas tidak menempel kembali.

8.2.3. Dengan ultrasonik. Metode ini menggunakan gelombang suara

frekuensi tinggi diatas 20 kHz, yang ditempatkan secara strategis di

sekeliling bak larutan pembersih. Metode ini mampu membersihkan

endapan pada permukaan logam yang sulit sekalipun. Sayangnya metode ini

terlalu mahal untuk membersihkan logam biasa. Umumnya digunakan untuk

pembersihan perhiasan.

8.2.4. Denganmesin. Metode ini menggunakan mesin yang

menyemprotkan larutan pembersih pada permukaan yang dibersihkan,

menggabungkan tenaga mekanik dan kimia, sehingga lapisan kotoran akan

terkelupas. Juga memerlukan biaya tinggi dalam pemasangannya.

Page 55

8.2.5. Electrocleaning. Dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu direct

cleaning, dengan meletakkan logam yang dibersihkan pada katoda, dan

reverse cleaning, dengan meletakkan logam yang dibersihkan pada anoda.

Elektroda yang digunakan biasanya bersifat inert.

Prinsip kerjanya adalah dengan memanfaatkan gas yang timbul pada

permukaan logam untuk mengelupas lapisan yang kotor. Pada direct

cleaning, gas yang dilepas pada katoda berupa hidrogen. Pada reverse

cleaning, gas yang dilepas pada anoda adalah oksigen.

8.2.6. Electropolishing. Metode ini membuahkan hasil paling baik

dibanding metode lain. Selain mampu menghilangkan kotoran berbentuk

partikel padat dan minyak, juga mampu menghilangkan goresan pada

permukaan logam. Metode ini membutuhkan rak seperti dalam bak plating,

dengan biaya mahal dan memerlukan perawatan khusus. Waktu

pembersihan sekitar 2 hingga 7 menit, dengan densitas arus sebesar 5

hingga 40 A/dm2.

8.2.7. Dengan Siraman. Pembersihan dengan penyiraman menggunakan

air bersih adalah bagian dari setiap metode pembersihan di atas dan wajib

dilakukan sebelum prosesplating dilakukan.

Page 56

8.3. Pembersihan Secara Mekanis

Selain secara kimia, pembersihan terhadap logam juga dilakukan

secara mekanik. Pembersihan secara kimia menghilangkan kotoran dan

noda-noda organik dan inorganik, sedangkan pembersihan secara mekanik

bertujuan untuk memperoleh permukaan logam yang bagus. Pada beberapa

logam yang akan dilapisi, tekstur permukaan dapat mempengaruhi hasil dari

pelapisan. Untuk itu agar didapatkan hasil pelapisan yang memuaskan,

permukaan logam harus 'dibersihkan' dari goresan, lubang, dan cacat

permukaan sej eni s.

8.3.1. Selep. Proses penyelepan pada logam bertujuan untuk meratakan

permukaan yang kasar. Selep berbeda dengan gerinda, dari prosesnya yang

mana hasil gerinda akan meninggalkan permukaan yang kasar. Proses

penyelepan dilakukan setelah gerinda dan sebelum pemolesan. Penyelepan

dapat dilakukan dengan berbagai kertas ampelas (abbrasive). Selain itu

dapat juga menggunakan kain kanvas, kasa, lakan, atau kulit. Untuk

membuat pemoles, diperlukan roda yang terbuat dari kain atau karet plastik,

kemudian kertas ampelas dilem pada permukaannya. Kertas ampelas yang

baik untuk penyelepan terbuat dari bubuk aluminium oksida buatan.

8.3.2. Poles. Proses pemolesan pada logam bertujuan untuk

memberikan permukaan yang bersih dan mengkilat. Permukaan pemoles

biasanya terbuat dari kain lakan yang dilipat, atau dijahit. Roda untuk

Page 57

memoles Iebih fleksibel daripada untuk selep. Kain poles diukur

berdasarkan diameter roda polesnya. Semakin tebal diameter kain, semakin

keras permukaan yang akan dipoles. Kromium oksida digunakan untuk

memoles stainless steel, kromium dan nikel. Ferri oksida digunakan untuk

memoles tembaga, kuningan, emas, dan perak. Lime kompon dapat

digunakan untuk memperoleh permukaan mengkilat baik pada nikel, dan

aluminium maupun tembaga dan kuningan. Abrasives untuk memoles

digunakan dalam bentuk batangan tidak berminyak yang dilekatkan dengan

lem.

9. SPESIFIKASIDAN PENGUJIAN TERHADAP HASIL PLATING

9.1. Spesifikasi

Spesifikasi adalah pernyataan singkat mengenai persyaratan yang

harus dipenuhi oleh sebuah produk, materi, atau sebuah proses, yang

menyatakan, bila perlu, prosedur penentu apakah persyaratan tersebut

dipenuhi atau tidak. Spesifikasi dikeluarkan oleh agen-agen pemerintah,

perusahaan swasta, dan badan standarisasi nasional, seperti American

Society of Testing and Materials (ASTM), American National Standards

Institute (ANSI), Society of Automotive Engineers (SAE), British Standards

Institute (BSI), Deutsche Industrienormalen (DIN), dan organisasi

internasional Intemational Standards Organization (ISO).

Page 58

9.1.1. Jenis Spesifikasi. Spesifikasi mempunyai tiga jenis umum, yaitu

proses, produk dan performa. Spesifikasi proses umumnya digunakan dalam

intemal perusahaan. Semua petunjuk proses untuk menghasilkan suatu

produk diciptakan untuk orang-orang yang bekerja dalam bidang yang

bersangkutan. Spesifikasi produk menyatakan dimensi, material, dan sifat

yang dimiliki oleh suatu produk. Spesifikasi performa memberikan detil

mengenai pengujian yang telah dilahii oleh produk untuk memenuhi

persyaratan tertentu.

9.1.2. Spesifikasi Untuk Metal Fmishing.

Konsensus standar untuk

industri metal fmishing dikeluarkan oleh ASTM. Khusus untuk bidang

elektroplating, divisi ASTM yang berhubungan langsung adalah Komite B-

8. Selain spesifikasi Komite B-8 juga memberikan petunjuk standar

pelaksanaan elektroplating untuk memperoleh hasil yang tnemuaskan.

Spesifikasi untuk elektroplating dikeluarkan setiap tahun oleh Komite B-8

untuk merevisi dan memperbarui beberapa ketentuan. Spesifikasi ini

menyatakan tentang beberapa atribut, antara lain ketebalan, kelekatan, ruang

lingkup, pencegahan terhadap korosi, tampilan, kualitas bahan, dan

persyaratan tambahan.

Spesifikasi ketebalan diperlukan untuk menentukan daerah penggunaan

suatu produk, apakah dapat digunakan heavy duly atau light duty.

Spesifikasi ketebalan juga mendefinisikan apa yang dimaksud dengan

heavy duty dan hght duty. Selain itu juga menentukan ketebalan

Page 59

minimum suatu produk serta cara pengujian ketebalan yang dapat

dilakukan.

Spesifikasi kelekatan berisi mengenai cara menghasilkan kelekatan

plating yang baik beserta cara pengujiannya.

Spesifikasi ruang lingkup menyatakan kemampuan plating pada

permukaan tertentu serta bagaimana cara untuk melakukan plating pada

berbagai permukaan benda yang berbeda.

Spesifikasi pencegahan korosi menyatakan langkah-langkah untuk

menghasilkan/»/ari«g yang tahan korosi serta pengujian terhadap korosi.

Umumnya pengujian berisi mengenai catatan waktu, berapa lama daya

tahanplating pada lingkungan yang korosif.

Spesifikasi tampilan berisi mengenai bagaimana menghasilkan plating

yang sesuai dengan keinginan, apakah itu kilap atau tidak, kasar atau

halus, dan sebagainya. Tidak ada pengujian untuk tampilan, oleh karena

itu tampilan bergantung sepenuhnya pada selera konsumen dan

keinginan pelaksana.

Spesifikasi bahan menentukan kualitas bahan yang cocok untuk

digunakan agar hasilplating memuaskan. Spesifikasi bahan memberikan

detil komposisi elektroda yang digunakan untuk plating beserta cara

penanganan dan persiapan terhadap kedua elektroda yang harus

dilakukan agarplating dapat menghasilkan produk yang memuaskan.

Page 60

9.2. Pengujian.

Seperti telah disebutkan di atas bahwa dalam spesifikasi juga

disebutkan cara-cara pengujian terhadap suatu kriteria untuk menentukan

apakah kriteria yang diinginkan terpenuhi atau tidak. Ada beberapa

pengujian yang dapat dilakukan untuk bebrapa kriteria tertentu, antara lain

ketebalan plating, kelekatan plating, ketahanan korosi, kekerasan plating,

kekuatan dan sifat duktilitas plating.

9.3. Pengujian Ketebalan

Ketebalan plating dispesifikasikan menjadi dua kategori, yaitu

ketebalan rata-rata dan ketebalan minimum. Ketebalan rata-rata menyatakan

ketebalan plating di seluruh permukaan bahan yang di-plaiing, diperlukan

untuk penggunaan produk pada lingkungan tertentu. Ketebalan minimum

adalah ketebalan yang diuji pada daerah tertentu pada permukaan logam,

bukan seluruhnya, oleh karena untuk memproduksi plating yang sifatnya

uniform cukup sulit.

Pengujian ketebalan dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu

destruktif, semi-destruktif, dan non-destruktif. Pengujian destruktif

dilakukan hingga baik plating maupun bahan tidak dapat digunakan lagi.

(contohnya adalah microscopic examination ( pengamatan mikroskopik )),

tidak banyak lagi digunakan oleh karena memakan waktu, dan hasil yang

diperoleh tidak seakurat yang dulu peraah dipercaya.

Page 61

Pengujian semi-destruktif dilakukan hingga plating rusak namun

bahan masih dapat digunakan untuk di-plating ulang.

Pengujian non-destruktif tidak merusak baik plating maupun bahan.

Metode pengujian non-destruktif menggunakan berbagai alat-alat tertentu,

yang mempunyai prinsip utama menentukan ketebalan berdasarkan

perubahan sifat antara bahan dan plating, yang dapat dirasakan oleh

pengukur melalui berbagai cara, diantaranya dengan magnet, arus eddy,

coulometer; x-ray, dan beta-backscatter. Semua metode pengujian ketebalan

ini mempunyai akurasi tidak lebih dari 5%. Namun demikian, hal ini tidak

merupakan batasan yang serius, berdasar pada fakta bahwa permukaan

bahan dan permukaan plating tidak rata sempurna, mengukur ketebalan

secara tepat menjadi hal yang tidak mungkin dilakukan.

Beberapa alat pengukur ketebalan tersedia secara komersial dan

memerlukan kalibrasi tertentu sebelum digunakan (tidak ada alat pengukur

yang bebas error). Beberapa sebab terjadinya error antara lain adanya

material asing pada permukaan plating, kesalahan penggunaan alat,

permukaan plating kasar, penggunaan sensor terlalu dekat pada permukaan

plating, permukaanplating tidak sesuai dengan alat sensor.

9.3.1. Metode Magnet. Metode magnet digunakan oleh alat Magne-gage,

diciptakan oleh Brenner. Prinsip kerjanya adalah mengukur penurunan sifat

magnetik antara sensor alat dengan logam bahan yang disebabkan oleh

adanya lapisan plating non-magnetik diantaranya. Hasilnya berupa fungsi

Page 62

dari gaya yang dibutuhkan untuk menarik lepas sensor magnet dari

spesimen. Alat ini umumnya digunakan untuk logam bahan berupa besi

yang dilapisi plating yang non-magnetik.

9.3.2. Metode Arus Eddy. Bila suatu kumparan berfrekuensi tinggi

diposisikan pada suatu spesimen, dengan mengatur frekuensi tertentu, maka

akan terjadi arus eddy pada logam bahan. Adanya arus eddy akan mengubah

impedansi dari kumparan sensor. Sifat bahan yang berbeda antara substrat

dan plating akan mengakibatkan perbedaan arus eddy dan perubahan

impedansi yang terjadi pada kumparan sensor, yang kemudian dapat

digunakan untuk mengukur ketebalan lapisan plating. Alat ini dapat

digunakan baik pada logam substrat magnetik maupun tidak, juga dapat

untuk mengukur logam plating baik magnetik maupun tidak, namun

diperlukan kalibrasi berbeda untuk setiap kombinasi substrate-plating yang

berbeda. Selain itu alat ini sensitif terhadap perubahan sifat karakteristik

elektris yang dialami oleh bahan disebabkan oleh proses plating.

9.3.3. Metode Beta-Backscatter.

Metode ini menggunakan prinsip kerj a

radiasi sinar beta. Spesimen disorot dengan sinar beta, kemudian dihitung

partikel beta yang dipantulkan kembali ( back-scattered ). Perbedaan

material antara substrat dan plating menghasilkan perbedaan nomor atom

yang akan memberikan perbedaan terhadap banyaknya partikel beta yang

dipantulkan, dengan demikian sensor penerima partikel beta akan dapat

Page 63

menentukan ketebalan plating melalui perbedaan tersebut. Faktor-faktor

yang mempengaruhi pengukuran antara lain adalah nomor atom substrate-

plating, luas permukaan yang diradiasi, ketebalan atau massa per satuan

luas, dan energi radiasi. Ketelitian alat ini berkisar hingga ketebalan 2 mm.

9.3.4. Metode Konduktansi. Konduktansi bahan berubah sejalan dengan

ketebalan bahan. Prinsip inilah yang digunakan oleh metode konduktansi.

Umumnya metode ini digunakan untuk mengukur ketebalan lapisan perak

pada stainless steel.

9.3.5. Metode Termoelektris. Prinsipnya mengukur gradien dari

penyebaran panas spesimen. Metode ini menggunakan probe panas yang

disentuhkan pada permukaan spesimen, kemudian menggunakan probe lain

yang disentuhkan pada bagian spesimen yang dingin. Hasil pengukuran

berupa fiingsi perubahan panas yang diakibatkan oleh perbedaan material

substrate-plating.

9.3.6. Metode X-Ray. Prinsip yang digunakan sama dengan metode beta-

backscatter, namuri menggunakan radiasi sinar X.

9.4. Penguj ian Kelekatan Plating.

Selain ketebalan plating, hal kedua yang penting adalah kelekatan

plating pada substrat. Pengujian kelekatan dibagi menjadi dua jenis, yaitu

Page 64

secara kualitas dan kuantitas. Pengujian kelekatan cenderung sulit dilakukan

dan tidak cocok untuk proses industri, melainkan lebih diperlukan dalam

riset.

9.4.1. Pengujian Kualitatif. Kelekatan sempuma didapat apabila kekuatan

antar substrate-plating lebih kuat daripada kekuatan bahan substrat dan

plating masing-masing. Pengujian kualitatif dilakukan untuk mendeteksi

pelekatan yang tidak sempuraa, sehingga tujuan utama dari pengujian ini

adalah untuk memisahkan substrat dan lapisan plating-nya. melalui berbagai

cara, diantaranya pemukulan, penarikan, pembengkokan, pemanasan,

pemotongan, penyelepan, pengguratan, atau kombinasi dari hal-hal tersebut.

Bila lapisan plating mengelupas, pecah, atau terangkat dari substratnya,

maka kelekatannya dianggap tidak sempuma. Pada dasamya pengujian

kelekatan bersifat destruktif, sehingga untuk logam-logam substrat yang

berharga digunakan spesimen pengganti. Berikut adalah beberapa pengujian

kualitas kelekatan:

- Pembengkokan. Spesimen dibengkokkan hingga kedua

ujungnya sejajar, jarak antara kedua ujung yang dibengkokkan

umumnya empat kali ketebalan spesimen. Daerah yang bengkok

kemudian diamati dengan pembesaran kurang lebih 4X. Bila

terlihat pecah, maka dapat digunakan pengungkit tipis dan tajam

untuk mengelupas retakan plating tersebut. Retakan yang terjadi

tidak berarti kelekatan tidak sempuma kecuali retakan plating

Page 65

dapat dikelupas. Retakan diakibatkan oleh sifat duktilitas lapisan

plating.

- Penggosokan. Gosok permukaan spesimen dengan logam tumpul

dan halus selama 15 detik.Tekanan yang diberikan cukup untuk

mengkilapkan permukaan, namun tidak sampai menggerus

lapisan plating. Amati daerah yang digosok, bila terjadi

pengelupasan maka kelekatan tidak sempuma. Pengujian ini

digunakan untuk lapisan plating yang tebal.

- Pahat. Gunakan pisau pahat untuk membentuk tanda X pada

spesimen. Apabila pada tanda X terjadi pengelupasan maka

kelekatan tidak sempuma.

- Pengikiran. Potong spesimen pada salah satu ujung, kemudian

amati penampangnya. Gunakan kikir untuk mengikir ujung yang

dipotong membentuk sudut 45° terhadap spesimen ditujukan

untuk mengelupas lapisan pada ujung spesimen. Metode ini tidak

dapat diaplikasikan untuk lapisan dekoratif yang tipis dan lapisan

lunak seperti seng.

- Gergaji. Gunakan gergaji untuk memotong separuh tebal

spesimen. Kemudian amati luka potongan pada spesimen untuk

melihat kelekatan yang tidak sempurna. Pengujian ini juga tidak

cocok untuk lapisanplatmg dekoratif dan lunak.

Page 66

- Benturan. Gunakan palu untuk memukul spesimen hingga

terjadi lekuk pada permukaan atau perubahan pada bentuk

spesimen. Bila pada lekuk perabahan terkikis, maka kelekatan

tidak sempurna.

- Pengelupasan. Gunakan logam lain yang dilekatkan pada

permukaan spesimen, dapat dengan solder, dapat dengan lem

besi, kemudian tarik logam yang dilekatkan 90° vertikal. Bila

lapisan plating sempurna, maka logam substrat yang akan

terkoyak, namun lapisanplating tidak akan terkelupas.

- Pemanasan. Spesimen dipanaskan pada suhu tertentu

bergantung dari kombinasi substrate-plating, kemudian langsung

didinginkan seketika dengan air pada suhu ruangan. Lapisan

plating dapat mengalami dua kemungkinan, semakin melekat

dan terdifusi dengan substrat atau sebaliknya, timbul gelembung

oksigen yang merupakan tanda kurang melekatnya lapisan

plating.

9.4.2. Pengujian Kuantitatif. Dasar dari pengujian kuantitatif adalah

untuk mengetahui seberapa besar gaya yang dibutuhkan untuk mencabut

lapisan plating dari substrat, yang dinyatakan dalam numerik. Pengujian

kuantitatif relatif sulit dan membutuhkan waktu lama sehingga tidak banyak

digunakan oleh industri plating, namun banyak digunakan untuk tujuan

Page 67

riset. Ada dua metode pengujian kuantitatif yang umum digunakan, yaitu

Ollard Test dan Direct-Pull Test.

- Ollard Test. Pada Ollard Test, substrat yang digunakan

berbentuk silinder batang yang terbungkus dengan insulasi

kecuali pada salah satu ujungnya. Pada ujung yang tidak

terbungkus ini kemudian dilakukan proses plating hingga

mencapai ketebalan tertentu dimana diameter daerah yang di-

plating melebihi diameter substrat mula-mula. Kerak plating

akan menumpuk pada batasan insulasi dari substrat.

(o| Subilrat

diisolasi

<b) Diplating

hinggaieba!

Jibuka

l Siistral ditekan hingga

plaling lcpas

Gambar2.13

Pengujian Dengan Ollard Test

Frederick A.Lowenheim. op.cit. p.499.

Page 68

Substrat batangan ini kemudian dimasukkan dalam pipa yang

mempunyai diameter yang besamya cukup untuk dimasuki oleh

batang substrat, tetapi tidak lebih besar dari itu.

Karena tebal lapisan plating melebihi diameter substrat, maka

ujung batangan akan tertahan oleh pipa. Pengujian dilakukan

dengan memaksa batang substrat melalui pipa hingga

mengakibatkan tercabutnya lapisanplating pada salah satu ujung

substrat.

Direct-Pull Test. Metode ini sama dengan metode pengelupasan

pada pengujian kualitatif. Pengujian dilakukan dengan

melekatkan sebuah logam pada spesimen, kemudian ditarik 90°

vertikal terhadap posisi substrat. Metode ini biasanya

menggunakan logam cobalt. Bila lapisan plating terpisah maka

kelekatan jelek, bila substrat yang terkoyak, maka lapisanplating

bagus, dan gaya yang dibutuhkan diambil nilainya.

Page 69

,-Stop-off tocquer

Coofing^

--Plastc washer

(0)

Coatimj

fd)

kelek.«an b.«k

Kelekatan bnruk

(f)

,16

Direct Pull Test

9 5. Korosi

Yang dimaksud dengan korosi adalah hasil reaksi dari suatu logam

dengan zat non-logam di sekitamya. Logam mula-mula diekstrak dari perut

bumi dalam bentuk stabil yang telah terbentuk jutaan tahun, sehingga tidak

bereaksi dengan lmgkimgannya. Saat logam tersebut mulai dimurnikan,

maka logam tersebut akan menjadi tidak stabil, lalu cenderung bereaksi

terhadap zat-zat di lingkungan sekitarnya.

Ibid.

Page 70

Pengendalian korosi dilakukan untuk mencegah atau memperlambat

reaksi dari logam terhadap zat-zat di sekitarnya. Pengendalian korosi dapat

dilakukan melalui beberapa cara, yaitu pengendalian lingkungan,

pengendalian sifat alami logam, dan pengendalian sifat alami reaksi antar

keduanya.

Pengendalian lingkungan dilakukan dengan menghilangkan zat-zat

penimbul korosi seperti oksigen, kelembaban, debu, dan gas yang

mengandung belerang.

Pengendalian sifat alami logam dilakukan dengan memilih logam

yang tahan korosi terhadap lingkungan tempatnya digunakan. Perlindungan

katodik pada pipa dan beberapa alat bangunan lain adalah contoh dari

pengendalian sifat alami logam yang dilakukan melalui pemberian potensial

lebih katodik dibanding logam asalnya.

Pengendalian sifat antara sifat alami logam dan lingkungannya

dilakukan salah satunya melalui elektroplating, baik secara logatn maupun

non-logam. Tujuan utama dari elektroplating adalah memisahkan logam

dasar, yang dapat mengalami korosi pada lingkungan tempatnya digunakan,

dari lingkungan tersebut dengan menggunakan logam yang tahan terhadap

kondisi lingkungan tersebut. Dalam elektroplating, pemberian plating ini

disebut dengan Protective Coatings (lapisan pelindung).

Korosi dibagi menjadi dua jenis, yaitu korosi kering dan korosi

basah. Korosi kering didefinisikan sebagai kombinasi langsung antara

logam dengan elemen non-logam. Contohnya seperti reaksi oksidasi dan

Page 71

sulfidasi. Korosi basah didefinisikan sebagai reaksi larutnya logam dalam

cairan dan terkombinasi dengan elemen non-logam membentuk zat korosi.

kerajinan logam

Sabtu, 17 Desember 2011

TEORI ELEKTROPLATING