Polimer - Dr. Kuwat Triyana

Problem Based Learning (Korosi Logam)
Untuk bahan diskusi kelompok tanggal 21-22 Mei 2007
Fisika Material
KOROSI pada logam menimbulkan kerugian tidak sedikit. Hasil riset yang
berlangsung tahun 2002 di Amerika Serikat memperkirakan, kerugian akibat korosi yang
menyerang permesinan industri, infrastruktur, sampai perangkat transportasi di negara
adidaya itu mencapai 276 miliar dollar AS. Ini berarti 3,1 persen dari Gross Domestic
Product (GDP)-nya.
SEBETULNYA, negara-negara di kawasan tropis seperti Indonesia paling banyak
menderita kerugian akibat korosi ini. Sayangnya, tidak ada data yang jelas di negaranegara tersebut tentang jumlah kerugian setiap tahunnya. Padahal, korosi menyerang
hampir semua peralatan yang terbuat dari logam. Mulai dari peralatan dapur, mesin cuci,
sampai mesin mobil. Salah satu hal yang perlu mendapatkan perhatian kita adalah bahwa
banyaknya korosi yang berat terjadi di pantai maupun laut. Beruntung, beberapa kabel
bawah laut yang berfungsi untuk jaringan internet saat ini sudah digantikan dengan serat
optik yang bebas dari korosi.
Emas (Au) dan platina (Pt) murni dikenal sebagai bahan yang tahan terhadap korosi.
Tetapi tidak mungkin kita menggunakan Au dan Pt untuk berbagai keperluan seperti
membuat jembatan. Dengan mengetahui dasar-dasar korosi, kita bisa menekan terjadinya
korosi.
Korosi yang disebabkan oleh proses oksidasi pada logam setelah bereaksi dengan
kandungan uap air di udara dapat dicegah (minimal diperlambat) dengan cara pelapisan
permukaan logam dengan pengecatan, pelapisan dengan bahan polimer, maupun
pelapisan dengan logam tahan karat seperti nikel-krom. Bahkan, pada bagian-bagian
mobil, bodi dan bemper, misalnya, telah dipakai bahan baru pengganti logam dari bahan
komposit polimer.
Korosi tidak hanya disebabkan oleh kandungan uap air yang tinggi di udara, tetapi
juga oleh suhu benda (logam) yang tinggi pada saat operasi. Hal ini terjadi pada
perkakas-perkakas atau mesin-mesin yang dalam pemakaiannya menimbulkan panas
akibat gesekan (seperti cutting tools) atau dikenai panas secara langsung (seperti mesin
kendaraan bermotor dan lain-lain). Karena itu, diperlukan bahan pelapisan yang tahan
panas sekaligus tahan oksidasi sehingga logam tidak mengalami korosi. Sebab, bahan ini
mampu menahan masuknya atom oksigen ke permukaan logam.
Untuk mencegah korosi pada perkakas atau bagian mesin seperti di atas, tidak bisa
digunakan pelapisan dengan bahan komposit polimer karena titik leleh yang rendah.
Maka, para periset di industri mencoba untuk meneliti kemungkinan penggunaan bahan
komposit keramik sebagai lapisan pelindung logam dari korosi.
Dalam usaha untuk mencari bahan pelapis baru yang tahan terhadap oksidasi
sehingga dapat mencegah korosi, baik pada suhu kamar maupun suhu tinggi, dibuat
nanokomposit dengan nanoteknologi dan bahkan telah diproduksi dalam skala industri.
Nanokomposit nc-TiN ini selain memiliki kekerasan dan ketangguhan tinggi, ternyata
memiliki ketahanan terhadap oksidasi. Hal ini disebabkan oleh terbungkusnya nanokristal
logam titan nitrat (nc-TiN, warna keemasan) oleh fase amorf titan disilisid (TiSix, warna
biru) dan silikon nitrat (Si, warna merah). Dengan demikian, fase amorf berfungsi ganda:
mencegah tergelincirnya butiran kristal yang mengakibatkan kekerasan tinggi dan
mencegah oksidasi. Fase amorf Si memang terkenal sebagai diffusion barrier.
Pengukuran kandungan oksigen dilakukan dengan dua alat, yaitu EDX (Energy
Dispersive X-ray spectroscopy) dan ERD (Energy Recoil Dispersivespectroscopy).
Hasilnya mengejutkan. Meskipun nanokomposit tersebut telah dibiarkan selama dua
tahun di udara terbuka, kandungan oksigennya sangat sedikit (sekitar 0,05 atom persen)
dan hanya dapat dideteksi oleh peralatan yang canggih dan mahal seperti ERD.
Demikian pula bila dilakukan pemanasan pada material tersebut dalam udara kering,
sampai suhu 800°C, kandungan oksigennya sangat rendah asalkan tebal selubung
amorfnya cukup untuk membungkus seluruh permukaan kristal TiN. Sifat nanokomposit
yang tahan oksidasi ini sangat mencengangkan karena baik logam titan maupun titan
nitrit sangat mudah teroksidasi pada suhu kamar.
KELANJUTAN dari riset nanokomposit tahan oksidasi ini adalah pembuatan
nanokomposit alloy titan-aluminium yang merupakan modifikasi dari nanokomposit.
Caranya, atom titan dalam kristal titan nitrid disubstitusikan dengan atom aluminium
untuk membentuk nanokomposit nc-(Ti,Al)N/a-Si. Dengan memasukkan aluminium
dalam kristal TiN, maka pencegahan oksidasi tidak saja berasal dari selubung pelindung
dari fase amorf, tetapi juga terbentuknya lapisan anti-oksida Al di permukaan kristal
(Ti,Al)N.
Pemakaian lapisan tahan oksidasi untuk mencegah korosi baru digunakan di
industri alat potong (cutting tools) dan belum secara luas dikembangkan pada pelapisan
mesin dan perkakas yang lain, apalagi untuk mobil. Selain penggunaan bahan yang tahan
korosi, proses pelapisan secara elektrokimia juga banyak digunakan untuk menghambat
korosi bahan logam utamanya.
Meski demikian, bahan pelapis pencegah korosi ini memiliki potensi yang besar di
masa mendatang, bila teknologi pelapisan sudah semakin maju agar pelapisan pada
permukaan yang luas dapat dilakukan dengan mudah. Yang paling mungkin, pelapisan
pada mesin-mesin industri. (Diambil dan dimodifikasi dari tulisan Dr. Kebamoto)
Dari uraian di atas, diskusikan berbagai hal di bawah ini.
1. Jelaskan mekanisme proses korosi dan proses pelapisan secara elekrokimia.
Bedakan anoda dan katoda berdasarkan pergerakan elektron.
2. Jelaskan mengenai serat optik dan aplikasinya yang lebih luas.
3. Selain mahal, mengapa bahan tahan korosi seperti Au dan Pt tidak digunakan
sebagai bahan utama untuk membuat kendaraan bermotor?
4. Sebutkan persyaratan akar proses korosi tidak terjadi.
5. Jelaskan mekanisme perlindungan terhadap korosi besi oleh seng dan timah putih.
6. Jelaskan mengapa kerang dapat mempercepat korosi pada badan kapal yang
terbuat dari logam?
7. Mengapa besi lebih cepat mengalami korosi dibandingkan dengan aluminium bila
digunakan untuk panic masak?
8. Jelaskan mekanisme perlindungan galvanik (metode anoda yang dikorbankan dan
metode tegangan terpasang) terhadap korosi pada baja. Berikan contoh untuk
aplikasi pipa bawah tanah, kapal dan tangki air.