pengaruh variasi waktu celup 4, 6 dan 8 detik terhadap tebal lapisan

NASKAH PUBLIKASI ILMIAH
PENGARUH VARIASI WAKTU CELUP 4, 6 DAN 8 DETIK
TERHADAP TEBAL LAPISAN DAN KEKASARAN TEMBAGA
PADA PELAT BAJA KARBON SEDANG DENGAN PROSES
ELEKTROPLATING
Disusun Untuk Memenuhi Tugas Dan Syarat-Syarat Guna Memperoleh
Gelar Sarjana S1 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta
Disusun :
FIRMAN RAHMAT SYAM
NIM : D 200 07 0044
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2014
HALAMAN PENGESAHAN
Naskah pubrikasi [miah berjudur .PENGARuH vARrAsr
WAKTU
CELUP
4, 6 DAN 8
DETIK TERHADAP TEBAL LAPISAN DAN
KEKASARAN TEMBAGA PADA PELAT BAJA KARBON
SEDANG
DENGAN PRosEs ELEKTROPLATTNG" terah disetujui
oreh pembimbing
dan diterima untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoreh
derajat
sarjana 51 pada jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan
Oleh
:
Nama
: Firman Rahmat Syam
Nim
: D 200
At
hO44
Pembimbing Utama
Pembimbrng pendamping
le"
Ketua Jurusan Teknik Mesin
Universitas Muhf mmadiyah Surakarta
W.
I
Tri Widodg BR.. ST.. ph.D
PENGARUH VARIASI WAKTU CELUP 4, 6 DAN 8 DETIK TERHADAP
TEBAL LAPISAN DAN KEKASARAN TEMBAGA PADA PELAT BAJA
KARBON SEDANG DENGAN PROSES ELEKTROPLATING
Firman Rahmat Syam, Bibit Sugito, Pramuko Ilmu Purboputro
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartosuro
Email : [email protected]
ABSTRAKSI
Elektroplating atau proses pelapisan suatu logam dengan logam
lain dengan cara elektrolisa, bertujuan untuk melindungi logam yang
mudah rusak atau korosi dengan logam yang lebih tahan karat. Penelitian
tentang elektroplating pada plat baja karbon rendah ini bertujuan untuk
mengetahui pengaruh waktu celup terhadap ketebalan pelapisan tembaga.
Pada pengujian ini digunakan bahan tembaga untuk melapisi plat
baja karbon sedang setebal 15 mm. Tegangan 12 volt dan bak yang
digunakan
sebagai
tempat
larutan
elektrolit
terbuat
dari
plastik
berkapasitas 30 liter sebanyak 3 buah, masing-masing untuk proses
pelapisan tembaga. Dengan menggunakan variasi waktu celup yang telah
ditentukan. Setelah jadi material diuji tingkat ketebalan lapisan kedua
logam tersebut dengan alat uji foto mikro, coating gauge dan Surface
roughness Tester.
Dari pengujian ketebalan lapisan diperoleh nilai rata-rata ketebalan
lapisan dengan variasi waktu 4 detik sebesar 0.622 µm, 6 detik sebesar
0.718 µm, 8 detik sebesar 0.755 µm. Dan dari hasil pengujian kekasaran
dengan variasi waktu 4 detik sebesar 0.1100 µm, 6 detik sebesar 0.2527
µm, 8 detik sebesar 0.2808 µm.
Kata kunci :
Electroplating, Tembaga, Coating Gauge, Surface
Roughness Tester.
ii HALAMAN PENGESAHAN
Naskah Publikasi Ilmiah berjudul “PENGARUH VARIASI WAKTU CELUP
4, 6 DAN 8 DETIK TERHADAP TEBAL LAPISAN DAN KEKASARAN
TEMBAGA PADA PELAT BAJA KARBON SEDANG DENGAN PROSES
ELEKTROPLATING” telah disetujui oleh pembimbing dan disahkan
koordinator sebagai syarat untuk Seminar Tugas Akhir dan Ujian Tugas
Akhir
pada
Jurusan
Teknik
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan Oleh :
Nama
: Firman Rahmat Syam
Nim
: D 200 07 0044
Disetujui pada
Hari
: ................................
Tanggal : ................................
Pembimbing Utama
Pembimbing Pendamping
Ir. Bibit Sugito, MT
Pramuko Ilmu Purboputro, Ir. MT
Ketua Jurusan Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Tri Widodo BR., ST., Ph.D.
iii A. PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Dalam proses pengerjaan mesin, baja merupakan salah satu
logam yang paling banyak digunakan karena secara umum baja
memiliki sifat yang tangguh. Namun salah satu kelemahan baja ialah
dapat terkorosi secara cepat ketika berada di udara, lingkungan berair
maupun media asam, sehingga perlu dilakukan proteksi untuk
menurunkan laju korosi baja. Pelapisan logam atau plating merupakan
perlindungan logam yang cukup efektif untuk mengatasi korosi.
Dimana elektroplating atau proses pelapisan suatu logam
dengan logam lain dengan cara elektrolisa, bertujuan untuk melindungi
logam yang mudah rusak karena udara (korosi) dengan logam yang
lebih tahan karat. Proses pelapisan logam termasuk ke dalam proses
pengerjaan akhir (metal finishing). Fungsi utama dari pelapisan logam
adalah memperbaiki penampilan (dekoratif).
Berangkat dari fenomena di atas maka penulis mencoba untuk
menganalisa proses electroplating dengan variabel tegangan listrik dan
lama proses electroplating, dimana variabel inilah yang mampu
divariasikan dengan pasti jika dibandingkan dengan variabel yang
lainnya.
Variasi
tegangan
listrik
yang
diberikan
pada
proses
electroplating akan sangat mempengaruhi hasil akhir dari pelapisan
juga lama waktu proses pelapisan akan sangat mempengaruhi
ketebalan dari pelapisan.
2. TUJUAN PENELITIAN
1. Merekayasa dan menguji alat pelapisan logam dengan teknik
elektroplating.
2. Menentukan pengaruh variasi lama waktu proses electroplating
terhadap ketebalan pelapisan.
1 3. MANFAAT PENELITIAN
1. Bagi Akademik
a. Sebagai
referensi
untuk
perkembangan
dan
penelitian
selanjutnya mengenai electroplating.
b. Merupakan
pustaka
tambahan
untuk
menunjang
proses
perkuliahan.
c. memberikan gambaran kepada mahasiswa variabel-variabel
yang berpengaruh terhadap hasil pelapisan pada proses
electroplating dengan menggunakan material pelapis khususnya
tembaga.
2. Bagi Pengembang Jasa
a. Menjadi bahan pertimbangan, untuk diperhatikan dalam proses
produksi, sehingga bisa memperoleh hasil pelapisan yang jauh
lebih baik.
b. Sebagai bahan informasi untuk mengetahui variabel-variabel
yang berpengaruh pada pelapisan tembaga pada baja karbon
sedang.
4. BATASAN MASALAH
Dalam penelitian ini, penulis memberikan batasan masalah
sebagai berikut:
a) Material yang digunakan untuk dilapis adalah baja carbon
sedang berupa plat dengan dimensi 100 x 50 x 15 dalam
satuan millimeter.
b) Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah tembaga
yang merupakan bahan pelapis.
c) Data yang akan dilakukan adalah mengukur ketebalan lapisan
hasil electroplating.
d) Besar tegangan listrik yang dipilih adalah 12 volt.
2 e) Lama waktu proses electroplating yang dipilih adalah 4, 6, dan
8 detik.
f) Metode penelitian adalah penelitian eksperimen.
B. TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
1. KAJIAN PUSTAKA
Alin (2010) pengaruh tegangan pada proses electroplating
pada baja dengan pelapis krom dan seng terhadap nilai kekerasan
dan laju korosi. Penelitian ini menggunakan unsur krom dan seng
sebagai bahan pelapis.
Candra, W., (2009), meneliti tentang pengaruh pelapisan nikel
proses elektroplating terhadap harga fatigue, tarik dan struktur mikro
poros roda depan merk Tiger. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk
mengetahui pengaruh pelapisan nikel proses elektroplating terhadap
perubahan sifat fisis dan mekanis pada baja karbon sedang HQ 705
untuk poros yang akan dibuktikan dengan pengujian fatigue untuk
mengetahui pengaruh pelapisan nikel proses elektroplating.
Raharjo (2010) melakukan penelitian tentang pengaruh
tegangan listrik dan waktu proses electroplating terhadap ketebalan
dan juga kekerasan ada baja ST 40 yang dilapisi krom. Ketebalan
lapisan dan juga nilai kekerasan meningkat seiring dengan naiknya
tegangan listrik dan juga lamanya waktu proses electroplating
selama 15 menit.
Sembada, H.R., (2008), dalam penelitian tentang pembuatan
dies dengan metode elektroplating tembaga nikel dan khrom dengan
variasi waktu pencelupan 2400 s, 3000 s, 3600 s dan rapat arus 7
Ampere pada polimer dengan menggunakan metode penggrafitan.
3 2. LANDASAN TEORI
a) Elektroplating
Elektroplating adalah suatu proses pengendapan suatu logam
pelindung yang dikehendaki diatas logam lain dengan cara
elektrolisa. Biasanya elektrolisa dilakukan dalam suatu bejana yang
disebut sel elektrolisa yang berisi larutan elektrolit atau rendaman
(bath). Pada rendaman ini tercelup paling tidak dua elektroda.
Masing-masing elektroda dihubungkan dengan arus listrik, terbagi
menjadi kutub positif dan negatif dikenal dengan kutub katoda dan
anoda. Komponen-komponen yang berperan penting dalam suatu
proses elektroplating adalah larutan elektrolit (sumber pelapis),
anoda, katoda (bahan uji), dan sirkuit luar. Mengalirnya arus searah
melalui suatu larutan berkaitan dengan gerak partikel bermuatan
(ion). Ujung-ujung keluar masuknya arus dari/ke larutan disebut
elektroda. Seperti diketahui, pada bagian anoda reaksi yang terjadi
adalah reaksi kimia sedangkan pada katoda reaksinya adalah reaksi
reduksi. Pergerakan dari ion-ion larutan yang ada menyebabkan
terjadinya kedua macam reaksi pada sistem elektrolisa tersebut. Ion
yang bergerak migrasi ke anoda disebut anion, sedangkan yang
bergerak ke katoda disebut kation. Jika arus listrik dialirkan ke dalam
larutan elektrolit (larutan pelapis) akan terjadi aliran ion-ion dalam
larutan. Ion positif bermigrasi ke arah elektroda negatif (katoda) dan
ion negatif bermigrasi ke arah elektroda positif (anoda), bersamaan
dengan ini terjadi proses pemindahan muatan pada kedua elektroda.
Migrasi
dari
ion-ion
tersebut
menimbulkan
reaksi
reduksi
(katoda/benda kerja) dan reaksi kimia (anoda).
Tujuan dari elektroplating
sendiri selain untuk mempertinggi
nilai dekoratif juga berfungsi sebagai proteksi terhadap korosi dan
untuk menghasilkan benda atau logam yang mempunyai karakteristik
fisik dan mekanik tertentu.
4 b) Tembaga
Aplikasi yang paling penting dari pelapisan tembaga adalah
sebagai suatu lapisan dasar pada pelapisan baja sebelum dilapisi
tembaga dari larutan asam yang biasanya di ikuti dengan pelapisan
nikel dan crom.Tembaga atau Cuprum merupakan logam yang
banyak sekali di gunakan, karena mempunyai sifat hantaran arus
dan panas yang baik.
Tembaga di gunakan untuk pelapisan dasar karena dapat
menutup permukaan bahan yang dilapis dengan baik. Pelapisan
dasar tembaga di perlukan untuk pelapisan lanjut dengan nikel yang
kemudian diakhiri dengan pelapisan krom. Untuk kebutuhan
pelapisan tembaga sendiri, sangat di perlukan untuk pemakaian
listrik. Dalam hal ini pelapisan tembaga di lakukan dua kali pelapisan
tembaga. yang pertama di lakukan pelapisan tembaga cyanid dan di
akhiri pelapisan tembaga asam, di mana pada pelapisan asam,
ketebalan lapisan tembaga bisa di sesuaikan, sesuai dengan
ketebalan yang di inginkan. Semakin tebal lapisan tembaga asam
maka daya tahan baja lebih awet dan baik.
a. Sifat-sifat fisika tembaga
¾ Logam berwarna kemerah merahan dan berkilau.
¾ Dapat di tempa dan di bengkokan.
¾ Merupakan penghantar panas dan listrik yang baik.
¾ Titik leleh : 1.083 oC, dan Titik didih : 2.301 oC.
b. Sifat-sifat kimia tembaga
¾ Di udara kering sukar teroksidasi, akan tetapi jika di panaskan
akan membentuk oksida tembaga (CuO).
¾ Di Udara lembab akan di uabah menjadi senyawa karbonat
atau karat basa.
5 ¾ Tidak dapat bereaksi dengan larutan HCl encer maupun
H2SO4 encer.
¾ Dapat bereaksi dengan H2SO4 pekat maupun HNO3 pekat
dan encer.
c) Baja Karbon Sedang
Baja merupakan paduan yang terdiri dari unsur besi (Fe) dan
karbon (C) serta unsur-unsur tambahan lainnya. Kadar karbonya
lebih rendah dari pada kadar karbon pada besi cor dan biasanya
kurang dari 1,0% C. Sebagai unsur-unsur tambahan selain karbon,
baja mengandung 0,20% sampai 0,70% Si ; 0,50 sampai 1,0% Mn ;
0,06% fosfor dan kurang dari 0,06% belerang. Baja dapat dibentuk
melalui pengecoran, pencanaian dan penempaan. Baja merupakan
logam yang paling bayak digunakan dalam dunia teknik, baik berupa
plat, pipa, batang, profil, dan sebagainya.
Baja karbon sedang (medium carbon steel) mengandung
karbon antara 0,25% - 0,55% C dan setiap satu ton baja karbon
mengandung karbon antara 30 – 60 kg. baja karbon sedaang ini
banyak digunakan untuk keperluan alat-alat perkakas bagian mesin.
Berdasarkan jumlah karbon yang terkandung dalam baja maka baja
karbon ini dapat digunakan untuk berbagai keperluan seperti untuk
keperluan industri kendaraan, roda gigi, pegas dan sebagainya
(Amstead, BH, 1995).
C. METODELOGI PENELITIAN
1. Bahan Dan Alat
Bahan
a) Bahan Kerja
Bahan yang akan dilapisi plating pada hal ini adalah baja karbon
sedang berbentuk kotak yang akan berfungsi sebagai katoda.
6 b) Bahan Pelapis
Bahan yang berfungsi sebagai pelapis sekaligus anoda dalam
elektroplating tembaga.
c) Bahan Kimia
Bahan kimia yang akan dilarutkan dalam larutan aquades.
9 Air aquades 90 liter
9 Brush salt 5 kg
9 Potasium cyanida 3 biji
9 Amoniak 90 ml
Alat
Alat-alat yang digunakan untuk penunjang dalam proses
elektroplating mulai dari pembersihan hingga penyelupan antara lain :
1. Gerinda Polishing
2. Amplas
3. Bak plastik
4. Power Supply DC
5. Thermometer
6. Tang Amper
7. Stop Wacth.
8. Kertas pH
9. Coating gauge
10. crystal heater
11. Areometer
12. Gelas ukur
13. Sarung tangan
14. Batu ijo
15. Invert Microscope
16. Surface Roughness
7 D. HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Hasil Pengujian
1) Pengujian Ketebalan Lapisan dengan Coating Gauge.
Tabel 1. Data hasil uji ketebalan lapisan tembaga
Tegangan
Waktu
(volt)
(detik)
12
Tebal lapisan (µm)
Titik
Titik
Titik
Titik
Titik
Titik
1
2
3
4
5
6
4
0.68
0.42
0.48
0.59
0.69
6
0.62
0.58
0.90
0.80
8
0.55
0.67
0.93
0.81
Rata-rata
Teoritis
0.87
0.622
0.201
0.69
0.72
0.718
0.309
0.75
0.82
0.755
0.409
Didapatkan grafik hubungan antara waktu penahanan dengan tebal
lapisan seperti ditunjukan pada gambar 1.
Tebal Lapisan Tembaga
Tebal lapisan (µm) 0.8
0,718
0,755
0,622
0.6
4,09
Coating gauge
3,09
0.4
2,01
0.2
0
0
2
4
6
8
Waktu tahan celup (detik)
10
Gambar 1. Grafik hubungan waktu tahan celup dengan ketebalan lapisan
tembaga.
8 2) Pengujian Ketebalan Lapisan dengan Foto Mikro.
Plat baja
karbon
sedang
Lapisan
tembaga
Resin
Gambar 2. Foto Struktur Mikro Baja Karbon Sedang dengan waktu
tahan celup 4 detik dengan tegangan 12 volt perbesaran 200X
Plat baja
karbon
sedang
Lapisan
tembaga
Resin
Gambar 3. Foto Struktur Mikro Baja Karbon Sedang dengan waktu
tahan celup 6 detik dengan tegangan 12 volt perbesaran 200X
9 Plat baja
karbon
sedang
Lapisan
tembaga
Resin
Gambar 4. Foto Struktur Mikro Baja Karbon Sedang dengan waktu
tahan celup 8 detik dengan tegangan 12 volt perbesaran 200X
3) Pengujian Kekasaran lapisan dengan Surface Roughness
Tester.
Tabel 2. Data hasil Pengujian kekasaran permukaan.
Spesimen
Kekasaran Permukaan (µm)
waktu
Ra1
Ra2
Ra3
Ra4
Ra5
Rata-rata
4
0.1638
0.1171
0.0922
0.0781
0.0988
0.1100
6
0.2713
0.3058
0.2253
0.2258
0.2357
0.2527
8
0.3442
0.2144
0.2680
0.2899
0.2878
0.2808
Didapatkan grafik hubungan antara waktu penahanan dengan tebal
lapisan seperti ditunjukan pada gambar 5.
10 Tingkat Kekasaran Rata‐rata (µm)
0.3
Tingkat Kekasaran Rata‐rata (µm)
0,2808
0,2527
0.25
0.2
Tingkat Kekasaran Rata‐rata (µm)
0.15
0,11
0.1
0.05
0
0
2
4
6
8
10
Waktu tahan celup (detik)
Gambar 5. Grafik hasil kekasaran pada baja karbon sedang yang di
lapisi tembaga.
b. Pembahasan
Dari data hasil pengujian ketebalan lapisan proses elektroplating
kalau kita amati didapatkan ketebalan lapisan yang waktu tahan celup 8
detik lebih tebal lapisannya dibandingkan waktu tahan yang lain
cenderung lebih lama 4 dan 6 detik.
Sedangkan data hasil pengujian kekasaran permukaan plat baja
karbon sedang yang di lapisi tembaga dengan waktu tahan celup 4
detik diperoleh tingkat kekasaran rata-rata 0.2527 µm, waktu tahan
celup 6 detik diperoleh tingkat kekasaran rata-rata 0.2808 µm, dan
untuk waktu tahan celup 8 detik diperoleh tingkat kekasaran rata-rata
0.1100 µm. Kita amati pada waktu tahan celup 8 detik mempunyai
tingkat kekasaran paling tinggi dibandingkan waktu tahan 4 dan 6 detik.
Dari hasil pengamatan dan analisa data pada material baja
karbon sedang yang telah mengalami proses elektroplating (pelapisan
tembaga), menunjukkan bahwa semakin lama penambahan waktu
pada proses pencelupan maka akan semakin tebal lapisan tembaga.
Elektron yang lepas dari atom-atom tembaga meninggalkan anoda
yang kemudian masuk kedalam larutan sebagai ion tembaga. Dalam
11 hal ini anoda logam tembaga terjadi reaksi kimia dan di katoda Cu+2
direduksi. Atom-atom tembaga (Cu) akan direduksi menjadi Cu+2 di
anoda dan Cu+2 di reduksi menjadi atom Cu dan logam Cu ini akan
menempel katoda sehingga benda akan terlapisi dengan tembaga.
Semakin lama
waktu deposisi semakin banyak ion tembaga yang
menempel pada katoda dengan demikian lapisan yang terbentuk
semakin tebal. (Riyanto, Ph.d. Elektrokimia dan aplikasinya. 2013).
E. KESIMPULAN DAN SARAN
1. Kesimpulan
Dari data hasil pengamatan dan analisis maka dapat disimpulkan
sebagai berikut :
a. Pengujian ketebalan lapisan menggunakan coating gauge pada
waktu 4 detik tegangan 12 volt tebal lapisan rata-rata 0.755 µm,
pada waktu 6 detik tegangan 12 volt tebal lapisan rata-rata 0.622
µm, dan pada waktu 8 detik tegangan 12 volt tebal lapisan ratarata 0,622 µm.
b. Pengujian kekasaran lapisan menggunakan surface roughness
pada waktu 4 detik tegangan 12 volt kekasaran lapisan rata-rata
0.1100 µm, pada waktu 6 detik tegangan 12 volt kekasaran
lapisan rata-rata 0.2527 µm, dan pada waktu 8 detik tegangan 12
volt kekasaran lapisan rata-rata 0.2808 µm.
2. Saran
Dari penelitian yang dilakukan penulis mempunyai beberapa saran
sebagai berikut :
1. Merubah perbandingan larurutan elektrolit, mengurangi takaran
aquadesnya.
2. Tempat larutan atau bak di modifikasi seperti menambah filter
supaya air tetap mengalir dan disaring.
3. Waktu tahan celup ditambah semakin lama.
12 DAFTAR PUSTAKA
Alin, 2010, Tugas Akhir :
pengaruh tegangan pada proses
electroplating pada baja dengan pelapis krom dan seng
terhadap nilai kekerasan dan laju korosi. Alois schinmeetz, Karl Gruber 1985, Dasar-dasar elektroplating,
Jakarta, PT Gramedia Pustaka Utama.
Bradbury,E. J., 1990, Dasar Metalurgi Untuk Rekayasawan, Jakarta,
PT Gramedia Pustaka Utama.
Candra, W., (2009), meneliti tentang pengaruh pelapisan nikel proses
elektroplating terhadap harga fatigue, tarik dan struktur
mikro poros roda depan merk Tiger. Hartomo Anton, J. ; kameko T, 1992, Mengenal Pelapisan Logam
(elekroplating), Andi Offset, Yogyakarta.
Raharjo, 2010, Tugas Akhir :
proses
pengaruh tegangan listrik dan waktu
electroplating
terhadap
ketebalan
dan
juga
kekerasan ada baja ST 40 yang dilapisi krom.
Riyanto, 2013, Elektrokimia dan Aplikasinya, Andy Offset, Yogyakarta
Sembada, H.R., 2008,Tugas Akhir : pembuatan dies dengan metode
elektroplating tembaga nikel dan khrom dengan variasi
waktu pencelupan 2400 s, 3000 s, 3600 s dan rapat arus 7
Ampere pada polimer dengan menggunakan metode
penggrafitan. Setyanto, Boedhy, 2011, Expert in The Word of Chrome, Total
Chrome, Kartasura.