pengetahuan bahan logam

Pengetahuan Bahan Logam
Nofrijon Sofyan, Ph.D
Intitut Seni Indonesia
Surakarta
Pernyataan:
Buku pegangan mata kuliah ini diambil dari berbagai sumber. Jika ada yang
memiliki copyright, itu adalah hak dari masing-masing pemilik, karena itu
naskah ini tidak untuk diperjualbelikan, dan hanya dipakai hanya untuk tujuan
pembelajaran di lingkungan sendiri, Jurusan Kriya Institut Seni Indonesia
Surakarta
1
PENDAHULUAN
Dengan sifat-sifat yang dimilikinya, sejak zaman prasejarah manusia telah
berusaha untuk mendapatkan dan memanfaatkan berbagai logam untuk
keperluan hidupnya. Sekarang ini pun berbagai barang logam dibuat, dibentuk,
dan dicetak, sehingga akan menjadi wujud terakhir seperti yang dikehendaki;
baik untuk barang-barang rumah tangga, untuk bidang teknik, ataupun untuk
tujuan seni.
Logam yang sejak awalnya sudah memiliki sifat-sifat penggunaan teknis
tertentu dan dapat diperoleh dalam jumlah yang cukup adalah; besi (Fe),
tembaga (Cu), seng (Zn), timah (Sn), timbal (Pb), nikel (Ni), aluminium (Al), dan
magnesium (Mg). Kemudian juga ada logam-logam lain untuk penggunaan
khusus dan paduan seperti; perak (Ag), emas (Au), platina (Pt), iridium (Ir),
wolfram (W), tantalum (Ta), molibdenum (Mo), titanium (Ti), kobalt (Co),
antimon (Sb), khrom (Cr), vanadium (V), dan berilium (Be).
Logam-logam mulia seperti emas dan platina, adalah logam yang tidak
reaktif, dan biasanya dijumpai di alam dalam keadaan murni. Logam-logam
seperti perak, merkuri, dan tembaga dapat ditemui dalam keadaan murni
maupun dalam keadaan bersenyawa dengan unsur lainnya. Selain logamlogam ini, biasanya logam dijumpai dalam bentuk oksida, garam karbonat,
maupun sulfida. Contoh beberapa biji logam dapat dilihat pada tabel berikut
ini.
Tabel 1. Biji logam dan rumus molekulnya
Nama
Rumus molekul
Logam yang
dapat diperoleh
Argentit
Asbes
Barit
Beril
Batu kapur
Dolomit
Bauksit
Ag2S
Ca.MgO.SiO2
BaSO4
Be3Al2(SiO3)6
CaCO3
CaCO3.MgCO3
Al2O3.NH2O
Ag
Ca, Mg
Ba
Be
Ca
Ca, Mg
Al
Nama
Rumus molekul
Logam yang
dapat diperoleh
Galena
Hematit
Kalamin
Karnalit
Kasiterit
Kriolit
PbS
Fe2O3
ZnCO3
KCl.MgCl2.6H2O
SnO2
Na3AlF6
Pb
Fe
Zn
K, Mg
Sn
Na
Kuprit
Magnesit
Magnetit
Sinabar
Sphalerit
Stronsianat
Milerit
Vanadit
Cu2O
MgCO3
Fe3O4
HgS
(ZnFe)S
SrSO4
NiS
Pb3(VO)2
Cu
Mg
Fe
Hg
Zn
Sr
Ni
Pb, V
Tentu saja untuk mendapatkan logam yang murni terlebih dahulu harus melalui
proses pengolahan dan pemurnian dari biji logam tersebut.
Secara umum, sifat-sifat logam dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Pada suhu biasa umumnya bewujud padat, kecuali air raksa (Hg) yang
berwujud cair sehingga dapat digunakan untuk melarutkan logam lainnya.
2. Mempunyai kilap karena adanya refleksi cahaya pada permukaannya.
3. Umumnya berwarna putih, kecuali tembaga (Cu) yang berwarna merah dan
emas (Au) yang berwarna kuning.
4. Dapat ditempa dan mempunyai daya rentang yang kuat.
5. Penghantar listrik dan panas yang baik.
6. Cenderung mudah teroksidasi atau bereaksi dengan oksigen di udara
terbuka.
7. Oksida logam bereaksi dengan air membentuk basanya, misalnya:
Fe2O3 + 3H2O Fe(OH)3
Na2O + H2O 2NaOH
8. Logam-logam dalam deret volta dapat menggantikan logam yang terletak di
sebelah kanannya:
Mg + ZnCl2 MgCl2 + Zn
Fe + NiSO4 FeSO4 + Ni
9. Dapat membentuk paduan atau alloy dengan logam lainnya, misalnya
perunggu yang merupakan paduan antara tembaga dan timah, dan
kuningan yang merupakan paduan antara seng dan tembaga.
2
BESI DAN BAJA
Di dalam sistem periodik, besi terletak pada golongan VIII B atau
merupakan logam transisi, memiliki konfigurasi elektron seperti di bawah ini:
26
Fe = 2, 8, 14, 2.
Di alam, besi tidak dijumpai dalam bentuk unsur, akan tetapi didapat dalam
bentuk senyawa dengan unsur-unsur lainnya. Senyawa-senyawanya yang
umum adalah magnetit (Fe3O4), haematit (Fe2O3), biji besi coklat atau limonit
(Fe2O3.H2O), dan biji besi spatik atau siderit (FeCO3). Selain itu biji besi juga
terdapat dalam silikat, tanah liat, semua makluk hidup, dan merupakan unsur
essensial untuk produksi haemoglobin darah dan klorophil tumbuhan.
2.1 Fabrikasi Besi
Perubahan wujud dari biji besi menjadi besi berlangsung di dalam suatu
tanur tinggi, yaitu sebuah tungku rongga setinggi 20 - 30 meter dan diameter
8 meter, dan memiliki dinding tahan api. Ke dalam tanur ini dimasukkan biji besi
dan kokas secara bergantian, dicampur dengan imbuhan kapur dan lempung
hingga terjadi terak yang mudah melebur. Pada bagian bawah tanur
dihembuskan angin panas mulai dari 1800 oC. Makin ke atas tanur, suhunya
semakin berkurang hingga 300oC.
Seperti dapat dilihat pada rumus-rumus kimianya, biji besi pada umumnya
adalah merupakan suatu persenyawaan besi dan zat asam. Dengan demikian,
biji besi di dalam proses pembakarannya dapat diubah menjadi oksid besi.
Pada prinsipnya di dalam tanur tinggi ini terjadi tidak lain adalah merupakan
proses pemisahan zat asam dari biji besi sehingga didapatkan besi sebagai
sisa. Prosesnya disebut sebagai proses reduksi.
Dalam biji besi masih terdapat campuran bebatuan yang memiliki titik
lebur yang cukup tinggi. Untuk menurunkan titik lebur ini ditambahkan imbuhan
dalam bentuk kapur (CaO) yang melebur bersamaan dengan bebatuan
pengotor dan abunya menjadi terak. Terak ini akan menyelubungi tetesan besi
yang terbentuk dan melindunginya melawan oksidasi dan mengapung di dalam
tungku di atas cairan besi kasar. Sudah dipahami bahwa berbagai proses kimia
pada suhu tinggi umumnya berlangsung dengan lebih cepat. Oleh karena itu
udara yang dibutuhkan untuk pembakaran kokas, dipanaskan sebelumnya
dalam pemanas udara.
Pada proses di dalam tanur, zat arang dari kokas dibakar membentuk CO2
menurut persamaan;
C + O2 CO2.
Sebagian dari gas CO2 ini membentuk gas CO bersama dengan zat arang yang
berada pada tempat yang lebih atas menurut persamaan;
CO2 + C CO.
Selanjutnya di bagian atas tanur pada temperatur 300 - 800 oC oksid besi yang
lebih tinggi diubah menjadi oksid besi yang lebih rendah melalui reduksi tidak
langsung dengan gas CO:
Fe2O3 + CO FeO + CO2
Pada bagian dudukan terjadi reduksi tidak langsung menurut persamaan:
FeO + CO Fe + CO2
Sedangkan reduksi langsung terjadi pada bagian yang terpanas di dalam tanur,
yaitu langsung di atas pipa tiup menurut persamaan:
FeO + C Fe + CO
CO yang terbentuk naik ke atas dan mengambil bagian dalam reduksi tidak
langsung. Pada reduksi tidak langsung dan reduksi langsung, besi yang
diperoleh oleh sentuhan dengan kokas akan mengambil zat arang pada
penurunan selanjutnya, meleleh dan mengumpul pada bagian bawah tanur.
Dari sini ia dikeluarkan sebagai besi mentah dengan titik didih sekitar 1300 oC,
kandungan zat arang sekitar 3 - 4 %, tidak dapat ditempa, rapuh, tetapi mudah
dituang, sering juga disebut sebagai besi kasar. Terak yang dikeluarkan dapat
dipergunakan untuk pembuatan batu, pasir, semen, atau wol-terak.
Besi mentah yang dikeluarkan, sifatnya tergantung kepada kandungan
berbagai bahan dan imbuhan yang diberikan. Pertama, bila diberi imbuhan
mangan (Mn), akan menghasilkan besi mentah putih, memiliki bidang pecahan
yang berwarna putih dan sangat keras. Besi ini biasanya dipergunakan untuk
pembuatan baja dan tuangan temper. Kedua, bila diberi imbuhan silisium (Si)
akan terbentuk besi mentah kelabu, memiliki bidang pecahan berwarna kelabu
dan berkebutiran kasar serta mudah digarap. Biasanya besi ini dipergunakan
sebagai pembuatan besi tuang kelabu.
Oksida lebih tinggi
diubah menjadi FeO
reduksi tidak langsung
Fe2O3 + CO  2FeO + CO2
CO2 + C  2CO
Reduksi tidak langsung
FeO + CO  Fe + CO2
C + O2  CO
Reduksi langsung
FeO + C  Fe + CO
Gambar 1. Bagan pada tanur tinggi
Besi tuang adalah besi dengan sekitar 2,5 – 4,5% kandungan zat arang,
dapat dituang dengan baik namun tidak dapat ditempa. Besi tuang ini dapat
dibedakan menurut jenis struktur dan warna bidang pecahan:
1. Besi tuang kelabu, mengandung zat arang dalam bentuk grafit yang
terbentuk akibat pengaruh silisium dan melalui pendinginan lambat. Besi
tuang ini dapat lagi dibedakan atas besi tuang grafit lamel dan besi tuang
grafit bola.
2. Besi tuang putih, mengikat zat arang secara kimiawi, karena itu tidak
nampak (tiada grafit). Besi ini terbentuk terutama akibat pengaruh mangan
dan akibat pendinginan yang cepat. Besi tuang ini dibedakan atas besi
tuang putih dan besi tuang temper.
Besi Tuang Grafit Lamel
Jenis besi tuang ini dihasilkan dengan mencampurleburkan besi mentah
kelabu, pecahan tuangan dan rongsokan baja dengan imbuhan batu kapur
dalam tanur kubah. Pada pendinginan lambat, sebagian zat arang akan terurai
dalam bentuk pelat-pelat tipis kecil di antara kristal-kristal bahan dasar di
bawah pengaruh silisium. Ini merupakan kelompok gabungan antara ferrit,
perlit, sementit, dan ledeburit.
Bila jumlah grafit yang terurai semakin besar, akan semakin tinggi
kandungan zat arang dan silisiumnya, dan semakin lambat leburan mendingin.
Kecepatan pendinginan pada pada pinggiran lebih besar daripada di sebelah
dalam, demikian pula halnya pada benda tuangan yang berdinding tebal.
Dengan demikian akan dihasilkan penguraian grafit yang berbeda-beda, yang
akan mempengaruhi pula kekuatan dan kekerasannya.
Grafit akan memberikan efek bidang pecahan kelabu, sifat luncur yang
baik, peredam getaran yang baik, kemudahan untuk digarap menyerpih,
kekuatan tarik yang rendah dan hampir tiada regangan. Kandungan zat arang
yang tinggi akan menyebabkan kesudian tuang yang baik, titik lebur yang
rendah, sedikitnya pembentukan karat kulit tuangan yang keras dan kasar. Kulit
tuangan yang keras ini menuntut kedalaman penyayatan awal yang besar pada
pengambilan serpih demi keawetan penyayat perkakas yang digunakan.
Besi Tuang Grafit Bola
Pada besi tuang grafit bola, kandungan zat arang yang ada dalam bentuk
grafit, hampir sepenuhnya berbentuk bola. Tiadanya grafit lamel sangat
meningkatkan kekuatan karena grafit bola tidak membangkitkan dampak
takikan dalam struktur.
Tuangan grafit bola merupakan bahan jenis baru yang mewujudkan
kesatuan sifat tuangan baja dan tuangan kelabu. Penerapannya ialah untuk
pembuat poros engkol, rumah-rumah, roda gigi, pembaringan mesin, cetakan
kempa, matriks rentangan, dan lain-lain.
Tuangan Putih
Tuangan putih, disebut juga dengan tuangan keras, terjadi apabila pada
waktu pengejangan besi tuang, zat arang terurai tidak sebagai grafit melainkan
tetap terikat secara kimiawi di dalam besi sebagai karbid besi (Fe3C). Proses
ini dimungkinkan dengan pendinginan secara cepat, kandungan mangan yang
tinggi (hingga sekitar 15%) dan kandungan silisium yang sesuai rendahnya.
Tuangan keras penuh dihasilkan dari besi tuang berkandungan Mg
dengan menuangkannya ke dalam cetakan besi sebagai tempat
mendinginkannya dengan cepat. Dinding-dinding tipis akan menjadi keras
secara menyeluruh, sedangkan dinding-dinding tebal hanya akan demikian jika
kandungan mangannya sangat tinggi.
Tuangan Temper
Besi mentah istimewa putih dilebur di dalam tanur kubah atau tanur
elektro bersama rongsokan dan bubuhan lainnya, dituang ke dalam cetakan
seperti besi tuang biasa dan setelah itu dibuat lunak dan mudah dibentuk
dengan suatu perlakukan pijar jangka panjang. Benda tuangan yang dipijarkan
ini menunjukkan sifat-sifat baja ulet.
Pemijaran tuangan ini juga akan menyingkirkan zat arangnya. Tuangan
mentah untuk untuk tuangan temper putih, dengan 2,8 – 3,4% C dan 0,8 – 0,4%
Si, diberi kemasan kedap udara dalam biji besi merah berkebutiran halus dan
dipijarkan di dalam tanur temper sekitar 1000 oC beberapa hari. Melalui
pemijaran ini, maka bahan yang mengelilingi tuangan, memberikan zat asam
yang membentuk ikatan dengan zat arang tuangan mentah. Dengan demikian
kandungan C semula akan berkurang hingga 0,5 – 1,5%. Penyingkiran zat
arang hanya akan mencapai kedalaman maksimal 10 mm walaupun dengan
pemijaran yang lama. Akibat pemijaran, karbid besi terurai dan menyebabkan
struktur yang silih berganti dari permukaan benda kerja hingga ke dalam inti.
Karena itu cara penyingkiran arang yang disebut dengan penghembusan pijar
ini, hanya diterapkan pada benda tuangan yang berdinding tipis.
Tuangan temper hitam, dipijarkan tanpa penyerapan arang. Tuangan
mentah untuk tuangan temper hitam, dengan 2,4 - 2,8% C dan 1,4 – 0,9% Si,
dikemas kedap udara di dalam pasir dan dipijarkan pada 800 – 900oC selama
beberapa hari. Zat arang disini tidak diserap melainkan membentuk grafit
(arang temper) di dalam struktur dasar. Struktur hitam yang terlihat tampak
pada pecahan ini, terhampar pada seluruh penampang benda tuangan tanpa
bergantung kepada ketebalan dinding.
2.2 Fabrikasi Baja
Baja, yang dibentuk melalui imbuhan berbagai unsur terhadap besi, dapat
dibedakan atas baja sepuhan dan baja temper. Baja sepuhan adalah baja
bermutu dengan kadar zat arang setinggi-tingginya 0,2 %. Baja ini
dipergunakan untuk benda kerja yang pada tempat-tempat tertentu harus
memperoleh permukaan yang keras dan tahan aus dengan jalan
memperkerasnya, namun pada intinya tetap ulet dan tahan pecah. Supaya
permukaannnya keras, maka diberi imbuhan zat arang hingga kedalaman 0,5
mm dengan jalan “penyepuhan”, yaitu dengan memberi zat arang dalam
keadaan pijar. Untuk benda kerja yang intinya juga menderita beban yang
tinggi, digunakan baja sepuhan keras yang dipadu. Sedangakan baja temper
adalah baja konstruksi yang dapat dikeraskan dengan kandungan zat arang
0,25 - 0,6 %. Penemperan terdiri atas pengerasan yang diikuti oleh pelunakan
pada suhu tinggi, sehingga akan timbul struktur yang halus.
Untuk baja perkakas, dapat dibedakan atas baja perkakas bukan paduan
dan baja perkakas paduan rendah. Baja perkakas bukan paduan memiliki
kandungan zat arang sekitar 0,5 % - 1,5 %. Semakin tinggi kadar C-nya maka
semakin keras pula, akan tetapi peka terhadap retakan dan pengisutan. Baja
ini biasanya dipergunakan untuk martil, pahat, pisau, kikir, gunting, dan lain
sebagainya. Baja perkakas paduan rendah memiliki kandungan zat arang
sekitar 0,8 - 1,7 %. Unsur pemadu yang biasa dipergunakan adalah wolfram,
khrom, vanadium, nikel, mangan, hingga kandungan sekitar 5 %. Biasanya
dipergunakan untuk mata bor, mata bor spiral, peraut, cetakan, bentuk
tuangan, dan lain sebagainya. Pengaruh unsur-unsur paduan lain terhadap
baja adalah sebagai berikut:
1. Silisium (Si); terkandung dalam jumlah kecil di dalam semua bahan besi dan
dibubuhkan dalam jumlah yang lebih besar pada jenis-jenis istimewa. Unsur
ini akan meningkatkan kekuatan, kekerasan, kesudian diperkeras secara
keseluruhan, kekenyalan, ketahan aus, ketahanan terhadap panas dan
karat, namun unsur ini akan menurunkan regangan, kesudian tempa dan
las.
2. Mangan (Mn); seperti Si terkandung di dalam semua bahan besi dan
dibubuhkan dalam jumlah besar pada jenis-jenis istimewa. Unsur ini akan
meningkatkan kekuatan, kekerasan, kesudian temper menyeluruh, ketahan
aus, dan penguatan pada pembentukan dingin, namun unsur ini akan
menurunkan kesudian serpih.
3. Khrom (Cr); merupakan unsur terpenting untuk baja konstruksi dan
perkakas, baja tahan karat dan asam. Unsur ini akan meningkatkan
kekerasan, kekuatan, batas rentang, ketahanan aus, kesudian diperkeras,
kesudian temper menyeluruh, ketahanan panas, kerak, karat, dan asam.
Hanya menurunkan regangan dalam jumlah kecil.
4. Nikel (Ni); jika baja dan nikel dipadu, maka paduan ini akan dapat dilas,
disolder, dan diberi penggarapan mengelupas serpih dengan baik serta
dapat dibentuk dalam keadaan dingin dan panas, dapat dipoles, dapat
dimagnetisasi. Untuk magnet permanen dengan 15 - 25 % Ni. Unsur ini
akan meningkatkan keuletan, kekuatan, pengerasan meneyeluruh,
ketahanan karat, tahanan listrik, namun akan menurunkan kecepatan
pendinginan dan regangan panas.
5. Molibdenum (Mo); kebanyakan dipadu dengan baja dalam ikatan dengan
Cr, Ni, V. Unsur ini akan meningkatkan kekuatan tarik, batas rentang,
ketahanan panas, suhu pijar pada perlakukan panas, namun akan
menurunkan regangan, dan kerapuhan pelunakan.
6. Vanadium (V); mempunyai dampak mirip Mo dalam baja, namun tanpa
mengurangi regangan. Unsur ini akan meningkatkan kekeuatan, batas
rentang, keuletan, kekuatan panas, dan suhu pijar pada perlakukan panas,
namun akan menurunkan kepekaan terhadap serangan panas yang
melewati batas perlakuan panas.
7. Wolfram (W); merupakan unsur paduan terpenting bagi baja olah cepat dan
logam keras. Berkat titik leburnya yang tinggi, maka digunakan untuk kawat
pijar dan logam keras. Unsur ini akan meningkatkan kekerasan, kekuatan,
batas rentang, kekuatan panas. Hanya menurunkan sedikit regangan.
8. Kobalt (Co); digunakan sebagai bubuhan terhadap baja olah cepat dan baja
terkeras. Magnet permanen juga mengandung kobalt. Unsur ini akan
meningkatkan kekerasan, ketahanan aus, ketahanan karat dan panas, daya
hantar listrik dan kejenuhan magnetis.
9. Titanium (Ti); memiliki kekuatan yang sama seperti baja, mempertahankan
sifatnya hingga 400 oC, oleh karena itu merupakan paduan kawat las.
Karbid titanium memiliki kekerasan dan titik lebur yang tinggi.
10. Tantalum (Ta); sangat tahan karat, hanya diserang oleh asam fluor. Baja
khrom anti karat menjadi dapat dilas baik dengan tantalum. Logam ini
melebur pada suhu 3150 oC.
Seperti hanya besi, pada baja juga dikenal tuangan baja, yaitu baja
konstruksi yang dituang ke dalam cetakan (tuangan cetak baja). Penuangan
baja dilakukan segera setelah ia dihasilkan secara langsung di pabrik baja atau
melalui peleburan ulang di bengkel-bengkel tuangan baja. Tuangan baja
digunakan untuk benda kerja pejal yang diberi pembebaban tinggi dan harus
menampilkan sifat mirip baja. Melalui penuangan ini maka benda kerja dapat
dibuat secara lebih ekonomis bila dibandingkan dengan misalnya melalui
penempaan.
Berlawanan dengan besi tuang, tuangan baja bersifat kental dan hanya
dapat digunakan untuk benda kerja berdinding tebal. Penyusutan yang kuat
mengakibatkan tegangan dan struktur yang kasar di dalam benda tuangan.
Melalui perlakukan panas yang ditujukan ke arah pembebasan tegangan dan
penghalusan butiran akan dicapai struktur temper halus dan dengan kekuatan
serta keuletan yang diperbaiki. Tuangan baja dengan kandungan zat arang
hingga 0,2% dapat disepuh keras, tuangan baja dengan kandungan zat arang
0,22 – 0,6% dapat ditemper.
Konvertor-Bessemer dan Konvertor-Thomas
Besi kasar dari tanur tinggi pada umumnya masih berisikan banyak
kotoran-kotoran yang membuat besi kasar tidak cocok untuk bahan konstruksi.
Kotoran-kotoran ini adalah seperti belerang, zat arang, silisium, mangan, dan
fosfor. Untuk menghilangkan kotoran ini dapat dipakai berbagai cara, di
antaranya adalah dengan bantuan konvertor, yaitu suatu oven berbentuk waluh
dengan alas terbuka.
Konvertor dipasang dengan dua tap yang dapat berputar, yang satu
sekaligus digunakan untuk meniup udara melalui lobang-lobang alas.
Konvertor dalam kedudukan horizontal diisi dengan besi kasar. Ketika memutar
vertikal udara dimasukkan melalui alas terbuka. Pada saat ini konvertor
seakan-akan berdiri di atas kolom udara. Pada saat udara mengalir melaui besi
kasar, udara mengoksidasikan campuran tambahan. Panas yang terja oleh
pembakaran kotoran-kotoran menjaga isi berada dalam keadaan cair dan
encer. Sekitar 20 menit, kotoran-kotoran tersebut akan terbakar. Untuk baja
dibutuhkan hingga sekitar 1,5% zat arang. Apabila sewaktu proses terlalu
banyak zat arang terbakar, maka kekurangannya ditambahkan dalam bentuk
besi yang banyak mengandung zat arang. Jenis besi yang banyak
mengandung zat arang adalah ferromangan.
Untuk pekerjaan sederhana, ada dua jenis konvertor yang biasa
dipergunakan, yaitu konvertor-Bessemer dan konvertor-Thomas. KonvertorBessemer diisi dengan besi kelabu yang mengandung silisium, SiO 2 yang
terbentuk karena pembakaran silisium bereaksi dengan asam. Lapisan tahan
panas konvertor-Bessemer oleh alasan ini juga harus bereaksi dengan asam,
kalau tidak akan mengakibatkan reaksi; asam + basa garam + air.
Konvertor-Thomas diisi dengan besi kasar putih yang mengandung fosfor,
P2O5 yang terbentuk karena pembakaran fosfor harus disenyawakan dengan
imbuhan-imbuhan kapur menjadi terak menurut persamaan:
P2O5 + 3CaO Ca3(PO4)2
Terak yang terbentuk bereaksi dengan basa. Lapisan tahan api konvertorThomas oleh karena itu juga harus bereaksi dengan basa, kalau tidak juga
akan mengakibatkan reaksi seperti pada konvertor-Bessemer.
Hasil akhir dari konvertor ini masing-masingnya disebut dengan bajaBessemer dan baja-Thomas, dan biasanya digunakan untuk konstruksikonstruksi sederhana.
Proses Oksi
Suatu proses konvertor modern adalah yang disebut dengan proses oksi,
di mana suatu zat asam murni ditiupkan di atas cairan dan kadang-kadang juga
ke dalam cairan, sehingga zat arang, silisium, mangan, dan sebagainya dari
cairan akan terbakar.
Hasil pembakaran ditampung oleh bahan imbuhan kapur dan mengapung
sebagai terak di atas bahan. Proses oksi berguna untuk pembuatan baja dari
besi kasar dan besi tua. Hasil akhir proses oksi disebut dengan baja oksi. Baja
ini bermutu baik, oleh karena pengaruh buruk unsur-unsur dari udara tidak ada.
Baja ini dapat dimanfaatkan untuk pembuatan oknstruksi dan bagian-bagian
mesin.
Oven Martin
Cara lain untuk membuat baja dari besi kasar adalah dengan bantuan
oven-Martin, yang terdiri dari satu tungku di mana berada bahan leburan, dan
pada umumnya 4 ruangan di mana gas dan udara dapat dipanaskan terlebih
dahulu. Gas dapat diperoleh dari tanur tinggi, oven kokas, atau dari minyak
yang digaskan. Gas yang banyak dipakai adalah apa yang disebut gasgenerator. Gas yang dipanaskan terlebih dahulu dan udara membakar dan
menyapu sebagai nyala api di atas cairan. Gas bekas yang panas dimasukkan
melalui dua ruangan dan memanaskan ruangan tersebut. Setelah waktu
tertentu katup dibalik sehingga gas dan udara yang dimasukkan mengalir
melalui ruangan yang dipanaskan terlebih dahulu itu, dan kemudian dengan
cara pemanasan terlebuh dahulu suhu oven akan naik. Walaupun lebih
ditujukan untuk fabrikasi baja dari baja tua, ternyata bahwa oven ini juga
berguna untuk fabrikasi baja dari besi kasar dan besi tua atau pun biji.
Nyala api yang menyapu memanaskan isi oven dan mengoksidasikan
campuran tambahan. Dengan bahan imbuhan campuran yang teroksidasi akan
membentuk terak, yang akan menutup hubungan lanjut dari isi oven dengan
nyala api bila ke dalam cairan ini tidak ditambahkan besi tua atau biji. Zat asam
dari sini akan mengoksidasikan campuran tambahan seperti zat arang, silisium,
mangan, dan sebagainya. Hasil yang terbakar naik melalui cairan lapisan
bawah. Proses berakhir setelah sekitar 6 jam. Hasil akhirnya adalah bajaMartin yang bermutu baik, karena susunan dapat ditentukan dengan teliti,
dengan demikian juga bisa dimanfaat kan untuk bagian-bagian mesin.
Oven Listrik
Selain oven-oven yang terdahulu, juga dikenal oven listrik untuk
pengolahan baja. Sesuai dengan prinsipnya, oven listrik dapat dibagi ke dalam
dua kelompok, yaitu oven busur nyala api dan oven induksi.
Oven busur nyala api adalah suatu oven di mana bagian atas
digantungkan batang arang yang dihubungkan kepada tegangan. Pada
permulaan proses, batang-batang ditekan satu dengan lainnya atau ke cairan.
Dengan demikian akan terjadi hubungan singkat. Setelah perenggangan
batang arang akan tinggal suatu busur nyala api. Busur nyala api akan
memanaskan isi oven dan mengoksidasikan campuran tambahan seperti zat
arang, silisium, mangan, dan sebagainya.
Pada oven induksi, panas diperoleh melalui perantaran induksi. Oven
induksi dapat lagi dibedakan atas oven induksi frekuensi rendah dan oven
induksi frekuensi tinggi.
Oven induksi frekuensi rendah bekerja menurut prinsip transformator, di
mana akibat adanya hubungan singkat dalam oven akan mengalir suatu aliran
listrik yang besar. Aliran ini akan membangkitkan panas yang tinggi sehingga
isi oven melebur dan campuran tambahan akan teroksidasi. Oven frekuensi
tinggi bekerja menurut prinsip kumparan, di mana suatu kumparan mengelilingi
suatu oven. Bila ke dalam kumparan dialirkan listrik bolak balik, akan terjadi
pusaran arus yang akan membangkitkan panas yang tinggi, sehingga isi oven
melebur dan campuran akan teroksidasi.
Oven listrik dipergunakan untuk pembuatan baja dari besi kasar dan besi
tua. Lamanya proses tergantung kepada banyak faktor, akan tetapi akan
memakan waktu yang lebih lama dari 6 jam. Hasil akhir dari oven listrik disebut
dengan baja elektro yang bermutu sangat baik karena tidak ada pengaruh
unsur-unsur yang buruk dari udara, dan susunan dapat ditentukan dengan lebih
teliti berkat lamanya proses.
3
LOGAM BUKAN BESI
3.1 Logam Berat Bukan Besi
Kelompok logam berat bukan besi mencakup semua logam yang memiliki
berat jenis lebih besar dari 4 kg/dm3. Logam-logam tersebut akan dijelaskan di
bawah ini.
Tembaga (Cu)
Tembaga memiliki berat jenis 8,9 kg/dm3 dan melebur pada suhu 1083
oC, berwarna merah, bidang pecahan berurat halus, dan merupakan
penghantar panas dan listrik yang baik. Tembaga murni lunak, ulet, dan hanya
memiliki kekuatan yang rendah. Kekuatan ini dapat ditingkatkan melalui
pembentukan dingin, yaitu penggilingan, perentangan, dan pengempaan. Baik
dalam keadaan panas atau dingin, ia sangat luwes dan dapat diregangkan,
digiling, dan dimartil. Tembaga dapat disolder lunak ataupun keras dengan
baik.
Di alam, tembaga hampir selalu merupakan senyawa kimia dalam bentuk
biji tembaga, kerikil tembaga, tembaga kilap, biji tembaga merah, dan lain
sebagainya. Tembaga mentah diperoleh dari biji tembaga melalui
penggarangan, peleburan alih wujud seperti dalam tanur tinggi dengan hasil
sampingan asam belerang, ataupun melalui elektrolisa.
Tembaga tahan karat di udara terbuka. Pada penyimpanan jangka
panjang akan terbentuk lapisan oksid yang gelap dan butek pada
permukaannya. Di udara lembab, tembaga menyelimuti diri dengan suatu
lapisan tembaga hijau karbonat. Logam ini mudah diserang oleh asam, garam,
belerang, bahan yang mengandung belerang, dan amoniak. Dengan asam
cuka akan membentuk garam tembaga yang sangat beracun.
Logam tembaga biasanya dipergunakan untuk pipa pemanasan, tabung
pengapian ketel, pemanas air, tuas solder, penutup atap, pipa pembuangan,
kawat penghantar, dan sebagai lapisan pelindung galvanis.
Seng (Zn)
Seng memiliki berat jenis 6,9 - 7,2 kg/dm3 dan melebur pada suhu 420 oC,
berwarna putih kebiru-biruan, bidang licin mengkilap. Pada suhu sampai 180
oC memiliki kesudian untuk dibentuk. Di udara terbuka seng menyelimuti diri
dengan lapisan oksid kelabu buram yang kemudian menjadi keputih-putihan
dan melindungi logam yang berada di bawahnya terhadap pengoksidasian
lebih lanjut. Seng larut dalam asam dan larutan alkali, memiliki koefisien
pemuaian panas yang besar dan merupakan penghantar panas dan listrik yang
baik.
Seng terdapat di alam dalam bentuk ikatan kimia dalam bijinya, asam
belerang atau asam arang. Bijinya yang terpenting adalah seng belerang dan
seng karbonat. Kebanyakan seng digunakan untuk penutup atap, saluran air,
bak mandi, ember siram, wadah, pelapis peti, dan merupakan logam pemadu
yang penting, terutama untuk kuningan.
Seng dan banyak ikatannya tidak beracun, namun reaksi dengan asam
asetat akan menghasilkan seng asetat, zat yang sangat berpengaruh dan
dapat merusak kesehatan.
Timah (Sn)
Timah memiliki berat jenis 7,3 kg/dm3 dan melebur pada suhu 232 oC,
berwarna putih. Dalam keadaan dingin timah dapat dibentuk dengan baik,
namun pada suhu 200 oC ia menjadi sangat rapuh. Logam ini mudah dituang,
tahan terhadap udara terbuka, namun mudah diserang oleh asam dan larutan
alkali.
Salah satu biji timah yang penting di alam adalah batu timah (oksid timah
dengan kandungan Sn sekitar 78%). Untuk mendapatkannya, pertama-tama
biji dipecah-pecah, lalu dilebur di dalam tanur rongga dengan arang. Untuk
mendaptkan hasil yang murni, pengotor-pengotor timah kemudian disingkirkan
melalui proses pemurnian.
Timah merupakan logam pemadu yang penting. Selain itu timah
dipergunakan untuk solder, pelindung permukaan, bahan pengemasan
(stanniol), kapsul tabung, tabung pasta, pembuatan barang kesenian, dan lain
sebagainya. Penggunaannya yang luas ini karena baik unsurnya sendiri
ataupun senyawanya tidak ada yang beracun.
Timbal (Pb)
Timbal memiliki berat jenis 11,3 kg/dm3 dan melebur pada suhu 330 oC,
berwarna kelabu biru dengan bidang licin mengkilap seperti perak, sangat
lunak, mudah dituang dan disolder, dan mudah diberi bentuk baik dalam
keadaan panas ataupun dingin. Kekuatannya sangat rendah. Di udara terbuka
menyelimuti diri dengan suatu selaput oksid yang melindungi logam
dibawahnya terhadap asam udara.
Di alam, timbal terdapat dalam bentuk senyawa kimia, yang terpenting
adalah galina (senyawa belerang). Pemurnian dilakukan dengan
menyingkirkan belerangnya, dilebur di dalam tanur rongga, untuk kemudian
dimurnikan melalui peleburan alih wujud.
Timbal tahan terhadap sebagian besar asam, kecuali asam nitrat dan
asam organik, karena garam timbal yang ada dipermukaannya tidak bisa larut.
Timbal tidak bisa ditembus oleh sinar rontgen. Biasanya timbal dipergunakan
untuk penutup atap, pipa saluran, pembuatan segel, alat dan saluran dalam
industri kimia, logam pemadu untuk pembuatan perunggu timbal, timah solder,
pembuatan cat warna, pembuatan akumulator, perlengkapan rontgen, dan lain
sebagainya.
Bekerja dengan timbal dituntut kehati-hatian, karena timbal dapat masuk
ke dalam badan melalui unsur pencernaan, pernafasan, bahkan juga luka pada
kulit. Apabila timbal masuk ke dalam tubuh, ia bisa menyebabkan keracunan,
yang pada taraf lanjut bisa berakibat fatal.
Nikel (Ni)
Nikel memiliki berat jenis 8,87 kg/dm3, melebur pada suhu 1450 oC.
Logam ini mengkilap seputih perak, dapat ditempa, disolder, mudah dipoles,
sangat tahan karat, dan dapat ditarik oleh magnet. Biasa dipergunkaan untuk
pelat, wadah industri kimia, pemulia logam, pemadu logam lainnya dan selaput
pelindung galvanis.
Khrom (Cr)
Khrom memiliki berat jenis 6,8 kg/dm3, melebur pada suhu 1900 oC.
Logam ini berwarna kelabu baja, pecahan mengkilap seperti perak, sangat
keras dan getas, dan sangat tahan karat. Biasa dipergunakan sebagai pemulia
baja yang penting (baja yang tahan karat, tahan panas, dan tahan asam) dan
sebagai selaput galvanis. Bekerja dengan logam ini dituntut kehati-hatian
karena bisa merusak paru-paru bila terhisap, dan menyebabkan penyakit kulit
yang sulit disembuhkan bila terkena kulit yang terluka.
Wolfram (W)
Wolfram memiliki berat jenis 19,2 kg/dm3, melebur pada suhu 3380 oC.
Logamnya berwarna kelabu, tidak magnetis, dan pada 3000 oC dapat disinter
menjadi benda cetakan. Biasa dipergunakan untuk pemuliaan baja yang
penting (baja dengan daya tahan keras pada suhu tinggi), kawat pijar pada bola
lampu, dan sebagai unsur logam keras lainnya.
Mangan (Mn)
Mangan memiliki berat jenis 7,4 kg/dm3, melebur pada suhu sekitar
1250oC. Logamnya berwarna kelabu, keras dan getas, dan teroksidasi di udara
terbuka. Biasa dipergunakan sebagai pemadu logam lainnya, seperti baja, besi
tuang, paduan tembaga, dan paduan aluminium.
Molibdenum (Mo)
Molibdenum memiliki berat jenis 10,2 kg/dm3, dan melebur pada suhu
2550oC. Logamnya berwarna kelabu, dapat disinter pada suhu 1300 - 2300 oC
menjadi benda cetakan, dan sangat keras. Merupakan pemulia baja yang
penting, elektroda pada tabung rontgen, dan kawat pijar pada lampu pijar.
Vanadium (V)
Vanadium memiliki berat jenis 5,7 kg/dm3, melebur pada suhu 1715 oC.
Logam dengan warna kelabu dan sangat keras. Merupakan pemulia baja yang
penting; imbuhansekitar 0,2 % sudah sangat akan meningkatkan kekuatan
tanpa menurunkan keuletan.
Bismut (Bi)
Bismut memiliki berat jenis 9,8 kg/dm3, melebur pada suhu 270 oC.
Logsmnys mengkilap putih kemerahan, getas, dan memuai pada pengejangan.
Berguna untuk menurunkan titik lebur paduan; seperti logam solder, sekring
listrik, dan sebagai lapisan cermin pada reflektor lampu.
Kobalt (Co)
Kobalt memiliki berat jenis 8,6 kg/dm3, melebur pada suhu 1490 oC,
berwarna kelabu kemerahan, sangat ulet, dan magnetis. Berguna sebagai
pemulia baja; meninggikan kekerasan, unsur magnet permanen, dan sebagai
unsur logam keras.
Tantalum (Ta)
Tantalum memiliki berat jenis 16,6 kg/dm3, melebur pada suhu 3030 oC.
Mengkilap kelabu, lunak dan dapat diregangkan, kekuatan meningkat dengan
perubahan bentuk dalam keadaan dingin. Berguna untuk alat-alat kedokteran,
tabung radio, unsur logam keras, dan memiliki sifat platina iridium.
Antimon (Sb)
Antimon, dengan berat jenis 6,6 kg/dm3, memiliki titik lebur sekitar 640 oC,
mengkilap seputih perak, sangat getas, tahan terhadap asam garam dan asam
belerang yang encer. Merupakan logam pemadu; timbal keras, logam putih,
dan mempertinggi kekerasan.
Titanium (Ti)
Titanium mempunyai berat jenis 4,5 kg/dm3, melebur pada suhu sekitar
1700oC. Logamnya seputih perak, tahan korosi, dan memiliki kekuatan baja
hingga 400 oC. Berguna sebagai pemulia logam, unsur logam keras, dan logam
pemadu untuk Al.
Kadmium (Cd)
Kadmium, dengan berat jenis 8,6 kg/dm3, melebur pada suhu sekitar
320oC. Berwarna mengkilap buram, tahan korosi, dan memiliki selaput
pelindung. Berguna sebagai logam pemadu, pelat akumulator, dan unsur
logam dudukan.
Air raksa (Hg)
Air raksa memiliki berat jenis 13,5 kg/dm3, melebur pada suhu -39 oC.
Mengkilap seputih perak, dan merupakan satu-satunya logam yang cair pada
suhu tuang, pemuaian panas yang besar, melarutkan hampir semua logam,
kecuali besi, nikel, wolfram, dan molibdenum. Biasa dipergunakan untuk
termometer, elektroteknik, lampu uap raksa. Pada suhu 357 oC menguap.
Bekerja dengan logam ini dituntut kehati-hatian karena logamnya beracun dan
berbahaya terhadap kesehatan bila sampai terhirup.
3.2 Paduan Logam Berat Bukan Besi
Secara umum paduan berarti penyampuran logam yang berlainan dalam
keadaan cair guna mencapai sifat bahan yang diinginkan. Pada pemaduan,
logam yang titik didihnya lebih tinggi dicairkan terlebih dahulu, kemudian baru
logam yang titik didihnya lebih rendah dilarutkan ke dalamnya. Tidak semua
logam bisa dicampur satu sama linnya, misalnya kita tidak bisa memadu besi
dengan timbal. Melalui peleburan, terjadi suatu bahan baru yang menampilkan
sifat yang berbeda dari yang dimiliki oleh unsur pemadunya. Pada umumnya
kekerasan dan kekuatan akan lebih meningkat, keuletan akan berkurang, titik
lebur akan turun, berat jenis serta daya tahan kimianya akan berubah.
Kuningan
Kuningan, atau juga dikenal dengan nama loyang, merupakan perpaduan
antara 50% tembaga dan seng sebagai pemadu utama. Seng mempertinggi
kekuatan, memperendah titik lebur, mempertinggi kesudian tuang, namun seng
menurunkan daya hantar untuk listrik dan panas. Kuningan mudah dituang,
disolder, dilas, serta tahan terhadap pengaratan melalui udara dan air.
Jenis tertentu memiliki kecocokan yang menonjol untuk dituang (kuningan
tuang). Jenis ini memiliki kekuatan dan keuletan yang lebih tinggi dari tuangan
kelabu biasa dan dapat digarap pada kecepatan sayat yang jauh lebih tinggi.
Pada peleburan terjadi penyusutan bakar sekitar 5 - 10% akibat penguapan
seng. Jenis lainnya lebih mudah untuk diubah bentuk dalam keadaan dingin
melalui penggilingan, perentangan, dan lain sebagainya (kuningan ramas).
Kuningan bundar, pipa, kawat, bentuk pipih dan profil dihasilkan melalui
pengempaan atau perentangan. Kesediannya untuk dibentuk dalam keadaan
dingin meningkat sejalan dengan naiknya kandungan tembaga. Kekerasan
yang tidak sesuai dengan yang dikehendaki dapat diatasi melalui pemijaran.
Kuningan istimewa merupakan hasil perbaikan melalui imbuhan logamlogam tertentu. Melalui imbuhan ini, aluminium hingga 7% akan meninggikan
kesudian bentuk panas, kekuatan tarik, kekerasan dan ketahan karat. Timbal
hingga 1% akan memperbaiki kesediaan untuk diserpih, besi hingga 0,5% akan
mengakibatkan penghalusan butiran dan kesediaan untuk dituang keras,
mangan hingga 2,5% akan meningkatkan ketahanan terhadap karat, nikel
hingga 4% akan meningkatkan batas regang, kekuatan panas, keuletan dan
ketahanan karat, dan timah hingga 1,3% akan meningkatkan ketahanan
terhadap karat.
Perunggu
Perunggu merupakan perpaduan antara 60% tembaga dan satu atau
beberapa logam lain bukan seng sebagai pemadu utamanya. Logam pemadu
pokoknya muncul dalam penamaan, misalnya perunggu timah, perunggu
timbal, perunggu nikel aluminium, perunggu berilium, dan lain sebagainya.
Jika, di samping logam pemadu pokok terkandung juga imbuhan lainnya,
maka perunggu tersebut disebut dengan perunggu bahan majemuk. Semua
perunggu memiliki kekuatan yang tinggi, ketahanan karat, dan sifat luncur yang
baik. Untuk mencegah terjadinya oksidasi terhadap perunggu, ke dalam
imbuhan bisa ditambahkan beberapa per seribu persen fosfor, yang memiliki
afinitas yang lebih besar terhadap asam daripada timah. Dengan demikian
terlebih dahulu akan terjadi oksid fosfor dari oksid timah. Oksid fosfor akan
menghilang dari bahan berupa gas. Beberapa perunggu dengan bahan
pemadu utamanya dapat dilihat di bawah ini:
1. Perunggu timah, mengandung timah hingga sekitar 20%. Kandungan ini
akan meninggikan kekuatan tarik, batas regang, dan kesudian tuang.
2.
3.
4.
5.
Pembentukan dingin hanya mungkin untuk kadar timah hingga sekitar
10%. Dengan naiknya kandungan timah, maka akan meningkat pula
kekuatan dan daya tahan aus. Penggunaan perunggu timah adalah untuk
roda gigi beban tinggi, bantalan luncur, singkup turbin, pegas, dan tenunan
kawat.
Perunggu aluminium, mengandung aluminium hingga 10%, tahan korosi,
dan memiliki kekuatan yang besar. Penggunaannya adalah untuk
konstruksi yang harus tahan asam dan menampung beban tinggi
pengganti baja. Mudah dilas akan tetapi sukar untuk disolder.
Perunggu timbal tuang dan perunggu timah timbal tuang, dengan
kandungan timbal hingga 25%, memiliki sifat luncur yang terbaik dan
digunakan sebagai bahan bantalan luncur yang menampung tekanan
bidang besar dan mengalami kecepatan luncur yang tinggi.
Perunggu berilium, mengandung berilium hingga 2,5% dan dapat
dikeraskan, digunakan untuk bantalan instrumen peka dan pegas.
Perunggu besi aluminium tuang, mengandung sekitar 10% Al, 3% Fe, dan
sisanya Cu. Digunakan untuk benda tuang industri kimia yang harus tahan
korosi.
6.
Perunggu nikel aluminium tuang, mengandung sekitar 10% Al, 4,5% Ni,
dan sisanya Cu. Digunakan untuk benda tuang berkekuatan tinggi yang
harus tahan korosi dan tahan asam.
3.3 Logam Ringan
Yang disebut dengan logam ringan adalah logam yang memiliki berat jenis
kurang dari 4 kg/dm3. Yang termasuk golongan ini adalah logam-logam
golongan alkali (IA), alkali tanah (IIA), dan aluminium. Yang paling ringan
adalah logam lithium dengan berat jenis sekitar 0,54 kg/dm 3. Bagian terbesar
dari logam-logam ini tidak bisa dipakai sendiri, akan tetapi digunakan sebagai
imbuhan terhadap logam lainnya. Dalam dunia industri, hanya digunakan dua
logam ringan secara tersendiri, yaitu aluminium dan magnesium. Aluminium
merupakan logam yang terbanyak dipergunakan setelah baja.
Aluminium (Al)
Logam ini memiliki berat jenis 2,702 kg/dm3, melebur pada suhu 660oC,
memiliki warna putih perak, mengkilap, memiliki daya hantar panas dan listrik
yang baik, dan memiliki ketahanan karat yang tinggi. Di udara terbuka
aluminium menyeliputi diri dengan sebuah lapisan oksid yang tidak boleh
dirusak melalui goresan atau lainnya. Aluminium tidak tahan terhadap larutan
asam dan alkali keras.
Aluminium benar-benar lunak dan mudah diregangkan sehingga mudah
diubah bentuknya dalam keadaan dingin dan panas. Melalui penggilingan
dapat dihasilkan selaput setebal 0,004 mm, bahkan dengan pemartilan dapat
dihasilkan selaput setebal 0,0005 mm. Aluminium dapat disolder dan dilas
begitu saja, tidak beracun, tidak magnetis, dan merupakan reflektor yang baik
untuk panas, cahaya, dan gelombang-gelombang elektromagnetis.
Penggunaannya yang umum adalah pada konstruksi dan peralatan
pesawat terbang, wadah perlengkapan memasak, pengangkutan industri
kimia, kemasan, dan lain sebagainya. Aluminium dengan kemurnian tinggi
memiliki ketahanan kimiawi yang tinggi pula, karena itu aluminium sering
digunakan pada perakitan instalasi kimia dan pembuatan wadah asam nitrat
jenuh.
Sifat bahan aluminium akan mengalami perubahan bila ia dipadu dengan
unsur logam lainnya. Tembaga akan meninggikan kekerasannya, magnesium
akan menambah kekuatannya, dan silisium akan akan menambah kesudian
tuang. Unsur pemadu lainnya dalam persentase yang kecil adalah mangan,
seng, dan nikel.
Magnesium (Mg)
Logam magnesium memiliki berat jenis 1,74 kg/dm 3, melebur pada suhu
650 oC, berwarna putih perak, penghantar yang baik untuk panas damn listrik,
mudah terbakar dan tidak tahan korosi. Logam ini biasanya dipergunakan untuk
pembuatan petasan, bubuk cahaya kilat, dan pemadu unsur logam lainnya.
Untuk pencehagan terhadap korosi, permukaannya dapat dilindungi
dengan jalan pengetsaan atau peleburan. Paduan magnesium dapat dilas
dengan baik, namun sulit untuk disolder.
Berilium (Be)
Logam berilium memiliki berat jenis 1,85 kg/dm 3, memiliki titik lebur pada
suhu 1285 oC, seputih perak, mudah dimartil, tidak berubah di udara terbuka,
lebih ringan dari aluminium, lebih kuat dari baja, dan berketahanan panas yang
tinggi. Jarangnya penggunaan logam ini karena sifatnya yang sangat beracun.
Biasanya dipergunakan untuk jendela tembus sinar dalam tabung rontgen,
logam pemadu untuk tembaga, aluminium, dan magnesium.
4
KOROSI DAN PENCEGAHANNYA
Hampir semua logam dalam perjalanan waktu, pada permukaannya yang
tidak terlindungi menunjukkan perubahan-perubahan, yang dalam banyak
kasus mengakibatkan penguraian yang melaju dari luar ke dalam. Oleh korosi,
logam dapat berubah ke dalam bentuk garamnya, oksida, ataupun hidroksida.
Korosi dapat terjadi dalam berbagai bentuk:
1. Korosi menyeluruh, logam yang berkorosi mengalami kerusakan pada
seluruh permukaannya.
2. Korosi setempat atau bopeng, menyebabkan kerusakan setempat sehingga
menimbulkan bopeng-bopeng pada logam.
3. Korosi antar garis hablur, terjadi di sepanjang garis hablur. Akibat korosi ini
hablur-hablur terlepas satu sama lainnya. Bentuk korosi ini sangat berbahay
karena tidak terlihat langsung dari luar.
Reaksi korosi itu sendiri dapat dikelompokkan atas berbagai jenis, akan tetapi
secara umum ada dua macam, sesuai dengan peristiwanya, yaitu
penggabung-an langsung logam (ion logam) dengan unsur-unsur bukan logam,
serta reaksi pelarutan logam, biasanya pada lingkungan berair, lalu bergabung
dengan bukan logam membentuk produk korosi (reaksi penggantian). Reaksi
langsung disebut juga korosi kering, sedangkan reaksi penggantian disebut
juga reaksi basah.
Reaksi langsung atau korosi kering termasuk di antaranya oksidasi di
udara terbuka, reaksi dengan uap belerang, hidrogen sulfida dan kandungan
udara kering lainnya, juga reaksi dengan logam cair seperti natrium. Reaksi
demikian relatif terjadi pada suhu yang tinggi. Pada korosi basah atau
elektrolitik, sel korosinya terdiri atas anoda dan katoda yang saling berkontak
listrik melalui suatu elektrolit.
Pada peristiwa oksidasi, secara sederhana dapat dijelaskan bahwa bila
molekul oksigen terserap ke permukaan logam, ia lalu akan mengurai menjadi
atom dan mengion, demikian juga logamnya. Ion logam dan oksida bergabung
membentuk lapisan awal oksidanya. Ion logam terus terbentuk di permukaan,
elektron berdifusi ke lapisan oksida dan bereaksi dengan ion logam. Lapisan
oksida akan semakin tebal. Dapat pula terjadi sebaliknya, ion logam yang
mengion berdifusi ke permukaan. Korosi yang demikian berlangsungnya
tergantung kepada sifat oksida logam.
4.1 Penyebab Korosi
Penyebab korosi ini dapat berupa kejadian yang sebagian bersifat kimiawi
murni, sebagian lagi dapat bersifat elektrokimiawi.
Korosi kimiawi murni terjadi akibat pengaruh zat asam udara, atau dikenal
dengan istilah oksidasi, seperti juga asam, larutan alkali, dan garam. Pada
beberapa jenis logam, lapisan oksid luar yang tipis menghalangi penguraian
yang lebih menjangkau ke dalam, misalnya selaput hijau pada tembaga, atau
selaput oksid pada aluminium. Sebaliknya pada bahan besi, karat (Fe[OH] 3)
menjalar lebih lanjut ke sebelah dalam tanpa bisa dihentikan. Semakin sulit
suatu logam terurai, semakin mulia ia dinilai. Logam mulia sejati beroksidasi di
uadara secara tak teramati, seperti emas, platina, dan perak.
Bila logam disusun berdasarkan deret kemuliaannya, maka ternyata
bahwa susunan ini sesuai dengan tegangan listrik (potensial) yang dipunyai
logam tersebut terhadap zat air. Semakin tinggi potensialnya, ternyata makin
mulia logam tersebut, dan semakin sulit pula ia terkorosi. Deret tegangan
beberapa logam dapat dilihat pada tabel 2.
Korosi elektrokimiawi didasarkan atas penguraian logam oleh arus
galvanis. Kejadian pada timbulnya arus galvanis yang merusak ini mirip seperti
yang berlangsung dalam sebuah elemen galvanis. Sebuah elemen galvanis
terdiri dari dua pelat logam yang berlainan, misalnya tembaga dan seng, yang
dipisahkan oleh suatu lapisan antara atau cairan elektrolit penghantar. Jika
kedua logam tersebut dihubungkan di luar, maka akan mengalir suatu arus
galvanis dari kutub + , seperti tembaga, ke kutub -, seperti seng. Sementara
itu logam pada kutub negatif akan terurai. Beberapa contoh tersebut dapat
diuraikan seperti di bawah ini;
Cu (+) …
Zn (-) …
2,22 volt
1,09 volt
Cu (+) …
Fe (-) …
2,22 volt
1,44 volt
Fe (+) …
Al (-) …
1,44 volt
0,42 volt
Zn hancur
1,13 volt
Fe hancur
0,78 volt
Al hancur
1,02 volt
Tabel 2. Deret tegangan beberapa logam
Deret Tegangan
Kalium
- 2,92 V
Natrium
- 2,72 V
Zat air 0,00 V
Tembaga
+ 0,34 V
Perak
+ 0,38 V
Magnesium - 2,30 V
Air raksa
+ 0,80 V
Aluminium
- 1,30 V
Emas
+ 1,38 V
Seng
- 0,76 V
Khrom
- 0,56 V
Besi
- 0,44 V
Kadmium
- 0,40 V
Nikel
- 0,23 V
Timah
- 0,14 V
Timbal
- 0,12 V
Korosi elektrokimiawi juga bisa terjadi pada benda kerja dengan bahan
logam yang berlainan dan langsung saling mendekap, dan ke antara bidangbidang sentuhannya menyusup zat-zat yang bekerja sebagai elektrolit.
Pembangkitan arus ditunjang oleh segala jenis kelembaban, keringat tangan,
pengotoran, sisa bahan pelumer, dan lain sebagainya. Oleh karena itu, korosi
demikian yang terjadi akibat sentuhan disebut juga dengan korosi sentuhan
atau korosi kontak.
4.2 Pencegahan Korosi
Untuk mencegah terjadinya korosi dapat dilakukan dengan memadukan
suatu logam dengan logam lainnya ataupun melalui lapisan penutup. Baja
tanpa campuran, misalnya, dapat dilebur bersama dengan khrom, nikel
ataupun gabungan dari khrom dan nikel. Dengan penambahan ini hablurhablur akan memperoleh sifat tertentu yang membuatnya lebih tahan korosi.
Baja ini disebut baja tahan korosi atau baja tahan karat.
Pemunculan korosi juga dapat ditahan dengan menerapkan suatu lapisan
penutup. Lapisan penutup ini dapat terdiri dari berbagai bahan dan dapat
dilapis dengan berbagai cara.
Pelindung Permukaan Bukan Logam
1. Minyak dan gemuk
Melapis dengan lapisan minyak atau gemuk dapat dilaksanakan dengan
menggunakan kuas atau dengan jalan pencelupan, akan tetapi tentu saja
dengan kekuatan mekanik yang sangat kurang. Dapat digunakan pada bagianbagian mesin dan perkakas tertentu selama tidak digunakan.
2. Bitumen
Bitumen adalah produk minyak bumi, dapat diterapkan dengan kuas, dicelup,
atau dengan jalan menuangkannya. Lapisan bitumen tidak kuat, karena itu
sering diperkokoh dengan lapisan tali goni. Bitumen sering dipergunakan pada
tangki minyak, saluran gas, saluran air, dan saluran kabel listrik di dalam tanah.
3. Plastik
Jenis yang biasa dipergunakan adalah termoplastik dan poliester. Penerapan
lapisannya dapat dilakukan dengan beberapa cara. Termoplastik dilebur,
kemudian produk yang akan dilindungi dicelup atau dituangi. Poliester dapat
dikuaskan, disiramkan, ataupun disemprotkan. Lapisan plastik yang diterapkan
biasanya tidak kuat, digunakan untuk melindungi perkakas seperti pahat, bor,
jepitan akumulator.
4. Email
Email terdiri dari campuran kwarsa, felspar boraks dan zat lainnya. Produk
dilapis dengan email, kemudian dipanaskan di dalam oven pada suhu 600 900oC. Lapisan ini biasanya sangat keras, tahan zat kimia, dan kuat, namun
sangat getas sehingga mudah rusak, ditujukan untuk keperluan peralatan
rumah tangga.
5. Pembakaran hitam
Benda kerja dilabur dengan dengan minyak cat atau dengan minyak mineral
yang ditambah dengan imbuhan sekitar 4% malam tawon, kemudian
dipanaskan sampai sekitar 400oC. Pada permukaan akan terbentuk suatu
lapisan hitam yang menyajikan perlindungan terhadap karat dalam jangka
waktu terbatas. Pada benda seni, akan dapat dicapai efek yang indah dengan
jalan sedikit mengasah kedudukan-kedudukan yang tinggi dengan kertas gelas
halus dan laburan lak zapon.
6. Fosfat
Memfosfatkan biasanya tidak memberi daya tahan korosi tetap, oleh karena itu
pada umumnya dipergunakan sebagai pelapisan dasar untuk lapisan cat.
Pemfosfatan dilakukan dengan memasukkan produk yang akan dilapisi ke
dalam suatu cairan persenyawaan fosfat lebur (fosfat seng atau fosfat mangan)
pada suhu 100oC. Setelah 5 - 60 menit akan terbentuk suatu lapisan fosfat
logam yang tebal dan berkebutiran halus pada permukaannya. Benda kerja
yang telah difosfatkan, kemudian diberi laburan cat atau lak akan sangat lestari
terhadap korosi, tahan tidak hanya secara kimiawi, akan tetapi juga secara
mekanis kokoh dan bersifat menyekat.
7. Nitrasi
Benda kerja dimasukkan ke dalam ruang yang dipenuhi dengan gas amoniak
panas (600oC) sehingga pada permukaannya akan terbentuk suatu lapisan
nitrid besi yang keras sebagai pelindung terhadap karat, juga memberikan
landasan penempelan yang baik bagi suatu lapisan penutup.
8. Oksidasi elektris aluminium
Melalui elektrolisis aluminium dapat diterapkan suatu lapisan oksida. Untuk
tujuan ini produk aluminium digantung dalam cairan elektrolisis berupa larutan
asam belerang dalam air. Benda kerja dihubungkan dengan kutub positif
sumber aurs, dan kutub negatif arus dihubungkan dengan suatu pelat titanium
yang digantungkan dalam cairan. Zat asam yang dibebaskan dari reaksi akan
bersenyawa dengan aluminium membentuk oksida aluminium menurut
persamaan:
4Al + 3O2 2Al2O3
Tebal lapisan yang terbentuk kira-kira 0,02 mm dan berpori. Dalam keadaan
berpori ini oksida aluminium dapat menerima bahan pewarna. Jikalau di dalam
air tidak dicampurkan bahan pewarna, maka lapisan oksida akan menjadi
bening seperti kaca, sangat keras dan tahan korosi.
Pelindung Permukaan Dari Logam
1. Selubung logam
Logam pelindung yang cocok dihamparkan pada permukaan yang akan
dilindungi melalui penyelupan, penyemprotan, penggilingan atau pemelatan,
atau dengan galvanisasi. Keawetan dampak lindung ditentukan oleh sifat
elektrokimiawi logam selubung terhadap logam dasar. Sehubungan dengan hal
ini akan dibedakan perlindungan korosi yang sejati dengan yang tidak sejati.
Pada perlindungan yang sejati, maka terhadap korosi, logam pelindung bersifat
elektris negatif dalam deret tegangan, logam dasar bersifat positif, misalnya
seng (-) pada baja (+). Bila terjadi peristiwa korosi, maka yang pertama kali
mengalami korosi adalah seng, dengan arti kata korosi terhadap baja akan
terhambat. Sebaliknya, pada perlindungan tidak sejati, logam pelindung
bersifat positif, dan bahan dasar bersifat negatif, misalnya nikel (+) pada baja
(-). Jika lapisan pelindung terkorosi, maka logam dasar akan terserang yang
kemudian akan ditutup oleh logam pelindung sehingga korosi terhenti. Pada
perlindungan yang bersifat tidak sejati ini, logam pelindung harus benar-benar
kedap dan kuat.
2. Pemelatan
Menurut cara ini logam dikempa atau dicanai pada produk pada suhu tinggi.
Bahan yang biasa dipergunakan adalah tembaga, nikel, aluminium dan perak.
3. Penyemprotan logam
Logam terapan disalurkan sebagai kawat ke dalam sebuah pistol semprot. Di
dalam pistol penyemprot ini ia dicairkan dan dikabutkan dengan tekanan udara,
kemudian disemprotkan ke atas benda kerja. Peleburan berlangsung di dalam
pistol semprot dalam busur cahaya atau di dalam api asetilen-zat asam. Bidang
dasar biasanya harus kasar karena tetesan halus tidak melebur padanya,
melainkan hanya menempel.
4. Galvanisasi
Apabila garam-logam dilarutkan ke dalam air maka garam akan mengion,
misalnya sulfat seng yang dilarutkan ke dalam air akan terion menurut
persamaan:
ZnSO4 Zn++ + SO4=
Bila ke dalam larutan ini ditempatkan sebuah pelat seng dan produk yang akan
disepuh dengan seng, maka kita bisa menggalvaniskannya. Untuk keperluan
ini pelat seng dihubungkan dengan kutub positif dari sumber arus searah dan
produk kepada kutub negatif sumber arus. Perhatikan gambar di bawah ini:
+
So4=
Zn++
Pelat seng
Benda kerja
ZnSo4
Gambar 2. Skema kerja galvanisasi
Ion seng positif akan ditarik oleh produk negatif dan menjadi netral menurut
persamaan:
Zn++ + 2e Zn
Seng ini akan menempel pada produk yang digalvanis. Ion sisa asam negatif
akan bergerak ke pelat seng positif dan melakukan netralisasi menurut
persamaan:
SO4= + 2e  SO4
SO4 akhirnya akan kembali membentuk ZnSO4.
Dengan cara yang sama juga dapat dilakukan dengan tembaga, nikel, khrom,
kadmium, timah, perak, dan sebagainya.
Perlindungan katodis
Tangki dalam tanah, tiang jembatan dan sebagainya dapat dilindungi
secara sederhana terhadap korosi. Di sini anoda pembantu, misalnya logam
magnesium, dihubungkan secara listrik dengan tanah yang lembab atau
dihubungkan dengan kawat tembaga pada konstruksi yang harus dilindungi.
Magnesium, bila dibandingkan dengan baja adalah kurang mulia, dengan
demikian korosi seakan-akan diambil alih oleh magnesium.
Karena korosi merupakan gejala listrik akibat perbedaan tegangan, maka
memberantas korosi juga mungkin dilakukan dengan menghilangkan
perbedaan tegangan ini. Dengan demikian perlu untuk menghubungkan
tegangan listrik berlawanan dengan dengan tegangan konstruksi yang berada
dalam tanah dan tanah di sekitarnya. Tegangan berlawanan itu dengan
bantuan elektroda baja atau elektroda zat arang ditambahkan kepada tanah
dan konstruksi. Jika tegangan saling menghapus satu sama lainnya, maka
akan menghilangkan kemungkinan terjadinya korosi.
5
PELAPISAN LOGAM
Setelah berbagai barang logam dibuat, dibentuk, dicetak, sehingga
menjadi wujud terakhir seperti yang dikehendaki; baik untuk barang-barang
rumah tangga, untuk bidang teknik, ataupun untuk tujuan seni, maka diperlukan
tahap perampungan, atau penyelesaian (finishing). Finishing ini dapat
dilakukan melalui berbagai cara, ada yang sekedar dipoles agar halus dan
mengkilat, dapat pula dilapisi logam lain agar sifatnya berubah, dapat dicat atau
dipernis, dilapisi keramik atau enamel, ada pula yang pelapisannya dari turunan
substratnya sendiri, misalnya dalam bentuk oksidanya, penghitaman baja,
anodasi dan sebagainya.
Salah satu tujuan elektroplating adalah sebagai upaya untuk mencegah
terjadinya kerusakan pada logam yang mudah mengalami korosi, misalnya
baja yang termasuk murah dan kuat. Selain itu, kita juga bisa memanfaatkan
fungsi dekoratifnya selain sifatnya yang fungsional.
Finishing logam merupakan bidang yang amat luas; beberapa proses
yang penting selain pelapisan (electroplating) adalah anodasi, pelapisan tanpa
listrik, plating mekanis, plating konversi, enamel porselen, metalisasi vakum,
hard facing, dan lain-lain. Dengan demikian, finishing logam bukanlah
merupakan sebuah disiplin ilmu yang ketat karena dalam teori dan prakteknya
menggunakan peralatan dari berbagai bidang.
5.1 Persiapan Elektroplating
Dalam melakukan elektroplating, sudah barang tentu logam yang dilapisi
tidak boleh begitu saja dicelupkan ke dalam larutan tanpa perlakuan awal
terlebih dahulu. Permukaannya harus bersih, idealnya atom-atom logam
substrat harus tanpa pengotor apapun. Ada tiga hal yang harus diperhatikan
pada tahap pembersihan dalam mempersiapkan elektroplating; pelarut organik
untuk menghilangkan lemak, pembersihan alkali, dan pickling asam.
Kotoran pada permukaan substrat yang hendak dilapis dapat berupa
organik ataupun anorganik; organik biasanya dapat berupa bahan mineral,
hewani, nabati, minyak, residu, ataupun residu dari sisa pengerjaan
sebelumnya. Pembersihan yang dominan adalah melalui proses emulsifikasi,
solubilisasi serta pembasahan selektif. Pembersihan kotoran itu juga
ditentukan oleh komposisi kotorannya. Bila asam lemaknya banyak, bila
dibersihkan dengan alkali, sabun misalnya, pada permukaannya akan tetap
tersisa lapisan sabun yang membuatnya tetap kurang bersih.
Kotoran anorganik, termasuk karat, debu, kerak, dan sisa-sisa perlakuan
sebelumnya, dapat dibersihkan dengan alkali atau pickling asam. Sisa
pembersihan harus dibilas dengan baik agar tidak berpengaruh pada
pengerjaan selanjutnya.
5.2 Dasar-dasar Pelaksanaan Elektroplating
Elektroplating adalah elektrodeposisi pelapis logam yang melekat ke
elektroda untuk melindungi substrat dari kerusakan dengan memberikan
permukaannya sifat dan dimensi yang berbeda dari logam dasarnya. Beberapa
proses, misalnya anodasi aluminium, elektroda yang dimaksud adalah anoda.
Namun pada kebanyakan, yang dimaksud elektroda dalam perumusan di atas
adalah katoda.
Sistem plating terdiri dari sirkuit luar, elektroda negatif (katoda) yaitu
barang yang digarap, larutan plating, dan elektroda positif (anoda) yaitu logam
pelapis.
+
Anoda
Larutan
Benda kerja
Gambar 3. Skema rangkaian sistem plating
Maksud dari elektroplating adalah demi tujuan penampilan yang bagus,
baik kilap maupun cemerlangnya; perlindungan terhadap korosi; sifat khas
permukaan; serta sifat teknis dan mekanis tertentu. Pengelompokan ini tidak
terlalu tajam namun dapat saling berkaitan.
Untuk tujuan dekoratif, biasanya lebih sering memanfaatkan khrom, emas,
perak, kuningan, perunggu, nikel, tembaga, dan rhodium. Untuk perlindungan,
plating seng akan lebih ekonomis, namun penggunaan kadmium juga banyak
terutama untuk lingkungan laut. Elektroplating teknik misalnya agar terlapisi
bahan keras, tahan aus, dipergunakan pada komponen mesin dan sebagainya.
Bak Plating dan Proses Pengendapan
Larutan plating biasanya berair. Larutan bukan air secara teoritis memang
menarik, akan tetapi di dalam prakteknya sama sekali tidak ekonomis. Logam
refraktori, tantalum, niobium, zirkonium, dan wolfram, dapat diplat dari elektrolit
lebur skala besar, namun tentu saja akan memerlukan biaya yang besar.
Bak plating ada dua macam; asam dan alkali. Bak asam biasanya terdiri
atas garam sederhana, sedangkan bak alkali agak kompleks karena logamnya
juga terdapat sebagai anion. Ada pula bak netral dengan pH 5 hingga 8,
dengan larutan garam sederhana atau kompleks. Bak plating relatif pekat agar
ion logam tidak mudah lari dari daerah katolit (dekat katoda). Khlorida sering
dimanfaatkan dalam plating nikel, besi, dan seng. Anion organik jarang yang
dipergunakan dalam elektroplating.
Beberapa segi penting pembentukan deposit plating adalah tentang
potensial elektroda dan anoda terpolarisasi. Di bawah ini disajikan daftar daya
gerak listrik dari berbagai unsur.
Tabel 3. Deret daya gerak listrik bebeberapa unsur
Elektroda
Li+
Rb+
K+
Ba2+
Sr2+
Ca2+
Na+
Mg2+
Al3+
Mn2+
Zn2+
Cr3+
Cr2+
Fe2+
Potensial (volt)
- 3,045
- 2,93
- 2,924
- 2,90
- 2,90
- 2,87
- 2,715
- 2,37
- 1,67
- 1,18
- 0,762
- 0,74
- 0,56
- 0,441
Elektroda
Co2+
Ni2+
Sn2+
Pb2+
Fe3+
Pt/H2 (H+)
Sb3+
Bi3+
As3+
Cu2+
Pt/OH (O2)
Cu+
Hg2+
Ag+
Potensial (volt)
- 0,227
- 0,25
- 0,136
- 0,126
- 0,04
0,00
+ 0,15
+ 0,20
+ 0,30
+ 0,34
+ 0,40
+ 0,52
+ 0,789
+ 0,799
Cd2+
In3+
- 0,402
- 0,34
Pd2+
Au+
+ 0,987
+ 1,50
Dari tabel dapat dilihat bahwa tembaga 0,345 volt lebih positif
dibandingkan dengan hidrogen dalam larutan ion tembaga (II) pada aktivitas
satu, akibat adanya kesetimbangan dinamis standar:
Cu2+ + 2e  Cuo
Bila potensial tembaga diturunkan, menjadi 0,340 volt misalnya, laju reaksi
anodik atau pelarutan juga akan merosot, elektron tertambahkan dari potensial
luar, malah ion tembaga (II) terhidrasi dari larutan akan tertarik. Reaksi deposisi
lebih cepat dari reaksi pelarutannya. Sebaliknya, bila potensial dinaikkan
hingga 0,350 volt, efeknya akan menjadi terbalik. Pelarutan akan lebih cepat
dari reaksi deposisi, tembaga akan masuk ke dalam larutan.
Dalam praktiknya, selisih 0,005 volt atau 5 mv belum akan mampu
menopang proses deposisi secara memadai. Ion hidrogen selalu ada dalam
larutan berair. Untuk melepaskan hidrogen dari larutan tembaga sulfat pada pH
4 diperlukan potensial katoda yang lebih negatif dari sekitar 0,24 volt. Akan
tetapi apabila ion tembaga (II) beraktivitas satu, potensial tidak akan mungkin
menjadi lebih negatif dari +0,345 volt, karena bila potensial merosot, ion
tembaga akan terplatkan dan mengkonsumsi elektron. Potensial keluarnya
hidrogen tidak tercapai sampai hampir semua tembaga terendapkan terutama
di sekitar katoda. Hidrogen tak keluar, dan efisiensi arus tetap 100%.
Sebaliknya, dalam bak nikel, potensial standar -0,23 volt, hidrogen dapat
berhasil bersama nikel dan efisiensi arus mendekati 100%.
Dalam keadaan tertentu, suatu anoda yang diharapkan larut dalam bak,
terlapis film oksida atau senyawa lain (logamnya). Film ini tidak kelihatan, akan
tetapi dapat mengganggu pelarutan logam. Anoda berhenti melarut,
terpolarisasi menjadi pasif. Film ini dapat menjadi isolator, misalnya pada
anodisasi aluminium, dan diperlukan potensial yang semakin tinggi untuk
mendorong arusnya bila filmnya semakin tebal. Ada juga film anoda konduktif,
anodanya inert namun reaksinya berlanjut dengan pengeluaran oksigen,
misalnya pada platina.
5.3 Pelapisan Dekoratif-Protektif
Pelapisan yang umum di masyarakat adalah pelapisan melalui nikel,
dikenal sebagai vernikel, dan khrom, dikenal sebagai verkrom. Hasilnya,
barang garapan akan menjadi lebih indah, memikat, berkilau, dan lebih awet.
Yang banyak dimanfaatkan adalah untuk pelapisan dekoratif-protektif ini
adalah tembaga, nikel, dan khrom.
Pelapisan Tembaga
Tembaga sudah dikenal oleh manusia sejak zaman prasejarah. Sekarang
logam ini banyak digunakan untuk peralatan listrik, bangunan, alat industri,
kendaraan bermotor, dan komunikasi. Alloy yang utama adalah perunggu,
kuningan, aluminium-kuningan, dan tembaga-berillium.
Tembaga bersifat lunak, ulet, dan liat. Tidak terlalu teroksidasi di udara
terbuka, dan kalaupun terjadi, ia akan membentuk lapisan hijau di
permukaannya. Reaksinya dengan sulfida membentuk tarnish yang
menyulitkan untuk disolder, sehingga pada peralatan komunikasi, tembaga
masih sering dipalt dengan timah atau timah-timbal. Tembaga memiliki dua
macam senyawa, kupro atau tembaga (I) dan kupri atau tembaga (II). Tembaga
(I) hanya larut di dalam air bila dalam keadaan terkompleks dengan ligan
sianida, amonia, khlorida, ataupun asetonitril, sedangkan tembaga (II) stabil
dalam larutan berair. Dibandingkan dengan besi atau seng, tembaga lebih
mulia, dengan demikian akan lebih mudah diendapkan.
Plating tembaga sangat mudah dilakukan, yang terpenting adalah
mencegah jangan sampai terjadi deposit-celup pada logam yang kurang mulia
karena tidak melekat atau membentuk bubuk. Reaksinya adalah:
Cu2+ + M  Cuo + M2+
Salah satu caranya adalah dengan mengurangi aktivitasnya, yaitu dengan
mengomplekskannya, misalnya dengan sianida. Asalkan sudah terbentuk
lapisan tembaga, barang yang diplat dapat dipindahkan ke bak yang lebih baik,
lebih cepat, lebih cerah hasilnya, dan lebih dapat membentuk lapisan tebal
seperti yang dikehendaki.
Pelapisan Nikel
Nikel merupakan unsur yang ke-24 terbanyak dalam batuan bumi.
Biasanya nikel terdapat bersama besi dan kobalt. Kegunaannya yang utama
adalah untuk membentuk unsur alloy besi maupun non-besi.
Nikel bersifat ferromagnetik, namun di atas 353 oC bersifat paramagnetik.
Nikel memiliki kekerasan dan kekuatan sedang, liat dan ulet, dan dengan daya
hantar listrik dan termal yang baik. Pada suhu biasa nikel tidak terserang udara
basah atau kering, namun di udara kotor tercemar mengalami bercak, sehingga
perlu dilapisi khrom.
Senyawa nikel terutama digunakan sebagai katalis dan elektroplating.
Pada proses plating, walaupun kebanyakan nikel dari anoda, tetap perlu
ditambahkan garamnya ke bak plating, misalnya nikel karbonat, nikel khlorida,
nikel fluoborat, nikel sulfamat, dan nikel sulfat. Nikel amat populer dalam
plating, terutama pada sistem plating tembaga-nikel-khrom atau dekoratifprotektif. Nikel terutama dilapiskan ke barang-barang seperti besi, baja,
perunggu, seng, plastik, aluminium, dan magnesium, kemudian baru dilapisi
lagi dengan khrom yang cukup tipis saja.
Plating Khrom
Penggunaan khrom dalam alloy, misalnya alloy besi, khromnya tidak
sebagai khrom murni, cukup 75% khrom-besi dengan melebur biji khromit
tanpa lakuan tambahan. Zat kimia khrom banyak digunakan untuk pigmen,
industri penyamakan kulit, dan dalam industri kimia organik. Dalam lakukan
logam, selain dipakai untuk plating khrom, juga digunakan untuk khromisasi,
anodisasi, pelapisan ubahan khromat, pembersihan permukaan, etsa, dan
pencegahan korosi.
Sifat mekanis khrom sangat peka terhadap pengotor, lakuan mekanis,
ukuran butiran, dan kondisi permukaannya. Khrom relatif inert dalam berbagai
kondisi lingkungan. Khrom bereaksi dengan halogen, hidrogen khlorida, dan
hidrogen fluorida. Asam nitrat pekat, fosfat, khlorat dan perkhlorat akan
membentuk lapisan tipis khrom yang menghasilkan kepasifan sehingga tahan
korosi. Dalam larutan netral kepasifan itu terjaga, akan tetapi dalam larutan
asam, harus diberi oksidator tanpa adanya asam halogen.
Ion khromo atau khrom (II) merupakan reduktor kuat. Ion heksakuo
berwarna biru, dan membentuk banyak kompleks. Khrom yang paling stabil
adalah khrom (III), kimianya terutama kimia koordinasi, ligannya dapat ligan
organik maupun anorganik. Konsentrasi tinggi dan pH rendah akan mendukung
terbentuknya polianion, misalnya dikhromat. Dalam larutan basa, CrO 3
membentuk ion khromat berwarna kuning.
Larutan asam dikhromat merupakan oksidator yang kuat:
Cr2O7= + 2H+ + 6e  2Cr3+ + 7H2O
Eo = 1,33 volt
Dalam larutan basa, daya oksidatornya melemah:
CrO4= + 4H2O + 3e  Cr(OH)3 + 5OHEo = - 0,13
Pada sistem bak asam khromat, walaupun efisiensi arus platingnya rendah, 10
- 25%, laju deposisi tetap besar karena rapat arus yang digunakan juga besar.
Tegangan listrik sesuai rapat arus tersebut adalah sekitar 4 - 12 volt, tergantung
kepada kondisinya.
Asam khromat dalam larutan asam pekat bak plating berada kebanyakan
sebagai ion dikhromat. Pada katoda setidaknya tiga reaksi berlangsung;
deposisi khrom, pengeluaran hidrogen, dan pembentukan Cr (III).
Cr2O7= + 14H+ + 12e  2Cr + 7H2O
H+ + 2e  H2
Cr2O7= + 14H+ + 6e  2Cr3+ + 7H2O
Pengeluaran hidrogen menyedot 80 hingga 90% daya yang diberikan pada
sistem, hanya sekitar 10% yang dipergunakan untuk deposisi khrom
sesungguhnya.
Anoda khrom larut tak-efisien pada kondisi elektrolisis, apalagi khrom jauh
lebih mahal daripada bentuk CrO3, maka dipergunakan anoda larut, yaitu timbal
atau yang berkandungan 10% unsur alloy, biasanya timah, antimon, atau
keduanya. Pada anoda terjadi tiga reaksi serentak; pengeluaran oksigen,
oksidasi ion khromat, produksi ion timbal dioksida pada anoda. Reaksi yang
terjadi adalah:
2H2O  O2 + 4H+ + 4e
2Cr+ + 6H2O  2CrO3 + 12H+ + 6e
Pb + 2H2O  PbO2 + 4H+ + 4e
Kebanyakan daya diserap untuk pengeluaran oksigen, akan tetapi dua reaksi
lain amat penting; oksidasi ulang Cr (III) pada anoda membantu menyeimbangkan produksinya pada katoda dan menjaga tingkat Cr3+. Bagi operasi memadai
bak plating khromnya, anoda timbal harus tertutup lapisan timbal dioksida.
Apabila lapisan ini hilang atau tidak terbentuk, akan terjadi timbal khromat dan
anoda tidak akan menjalankan fungsinya untuk mengatur konsentrasi Cr3+.
Anoda yang tak terpakai, pelapis oksidanya akan hilang membentuk
lapisan kuning timbal khromat. Bila arus dialirkan lagi, akan segera terbentuk
kembali lapisan oksida. Bila tidak, atau tidak ada lapisan oksida kelabu-hitam,
berarti ada yang salah, kontak ke batang yang kuran baik, atau ada hubungan
pendek anoda. Lapisan timbal khromat dihilangkan dengan mengambil anoda,
kemudian dibersihkan batang dan gantungannya, serta menggosoknya dengan
sikat kawat.
5.4 Logam Rekayasa
Pelapisan pada logam rekayasa akan meliputi plating logam-logam emas,
perak, platina, timah, dan timbal. Kecuali dua yang terakhir, semuanya
termasuk ke dalam golongan logam mulia dan mahal, potensial elektrodanya
amat positif dan inert pada berbagai lingkungan.
Plating Emas
Emas merupakan logam mulia dengan potensial elektroda standar +1,68
volt. Emas tidak bereaksi dengan oksigen, belerang, selenium, nitrogen atau
karbon pada berbagai suhu. Bila kering pada suhu kamar, halogen juga tidak
bereaksi dengannya. Emas tahan berbagai asam, akan tetapi bila terdapat
oksidator dan emas dijadikan sebagai anoda, ia bereaksi dengan cepat dengan
khlorida. Asam nitrat bila bebas halogen, tidak bereaksi dengan emas. Pelarut
aktif bagi emas adalah aqua regia, yaitu campuran 1 : 3 asam nitrat pekat dan
asam khlorida pekat.
Emas tahan serangan alkali hidroksida dan karbonat pada berbagai suhu,
akan tetapi sianida alkali dengan adanya oksigen akan melarutkannya. Nitrat
lebur tidak bereaksi, akan tetapi natrium peroksida akan mengkorosi emas.
Kimiawi emas, baik pada tingkat oksidasi +1 atau +3 semuanya kompleks,
hampir tidak ada yang sederhana. Emas (I), kompleksnya stabil dalam larutan
berair, terutama sianida, khlorida, dan thiosulfat. Zat-zat kristal seperti
Kau(CN)2 banyak dipergunakan. Emas (II) terkompleks dalam larutan, sebagai
spesi anion, misalnya AuCl3OH-, juga membentuk kompleks kationik koordinatempat dengan piridin, fenantrolin, dan dietilentriamin.
Sejumlah senyawa organo-emas membentuk dasar komposisi seni
dekoratif, disemprotkan atau dilapiskan ke keramik, gelas, dan didekomposisi
membentuk lapis emas dekoratif. Senyawa-senyawa emas juga dapat diproses
pada 250oC sehingga dapat diterapkan ke plastik untuk printed-circuit dan
berbagai komponen teknologi canggih lainnya.
Pelapisan emas ditujukan pada dua bidang terapan yaitu dekoratif dan
industri seperti elektronika, komunikasi, maupun dirgantara. Dalam bidang
industri, emas digunakan karena tahan korosi, mudah disolder, tahan aksidasi,
liat, dan menghantarkan listrik dengan baik. Baik untuk tujuan dekoratif maupun
industri, sistem plating emas dapat didasarkan pada bak sianida ataupun nonsianida.
Sistem sianida emas (I) yang mengandung kompleks Au(CN) 2- memiliki
tiga kelompok; alkali, netral, dan asam. Kompleks sianida emas stabil pada
suasana asam sampai pH 3. Bak sianida lain dalam suasana asam akan
mengeluarkan asam sianida yang sangat beracun. Sistem sianida alkali nonbuffer pada pH 8,5 sampai 13, sistem buffer netral pada pH 6 sampai 8,5, serta
sistem asam buffer pada pH 3 sampai 6.
Tiap jenis bak memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Bak
alkali berdaya lontar baik dan tidak mudah mengalami kodeposisi pengotor
logam alkali dalam baknya; bak netral memungkinkan pembentukan alloy
melalui kodeposisi logam alkali dan pH netralnya menjamin tidak terjadinya
gangguan atas substrat yang peka; sedangkan bak asam memungkinkan
kodeposisi alloy, tidak merusak substrat, dan dapat menghasilkan plat emas
yang murni.
Jenis anoda yang digunakan pada plating emas tergantung kepada jenis
bak dan pertimbangan ekonomisnya. Anoda emas bermanfaat pada bak
sianida alkali serta berfungsi mengganti kandungan emas baknya, akan tetapi
tidak dipakai pada bak sianida alkali cerah karena pengaruhnya atas sistem
pencerahannya kurang memuaskan, di samping harga anoda emas juga
mahal.
Anoda platina dapat digunakan pada seluruh bak, akan tetapi anoda ini
juga mahal, hanya digunakan bila penampilan dan rujuk kerja merupakan
syarat utama. Anoda titanium yang diplatinasasi dapat digunakan untuk bak
asam dan netral. Anoda baja stainless dapat dipakai dalam sistem netral dan
alkali cerah, sedangkan anoda karbon hanya untuk bak asam karena akan
rusak pada suasana alkali atau netral, di samping depositnya juga kasar.
Untuk sistem non-sianida, seperti sistem kompleks thiomalat, didasarkan
atas kompleks emas (III) khlorida. Walaupun masih jarang, sistem ini
diharapkan dapat berkembang lebih cepat karena kekhawatiran terhadap
sistem sianida yang berbahaya dan ganas terhadap lingkungan.
Plating Perak
Logam perak yang lunak biasanya diperkeras dengan tembaga. Sifatnya
yang cerah dan indah cemerlang banyak dimanfaatkan untuk perhiasan.
Memiliki sifat elektrokimia dengan potensial standar di antara tembaga dan
emas. Tembaga dan perak mengalami tarnish di udara berbelerang, namun
perak tidak teroksidasi. Perak relatif inert terhadap banyak zat, namun pada
suhu tinggi bereaksi dengan halogen. Perak larut di dalam larutan sianida
logam alkali, baik secara anodik maupun dengan adanya oksigen, membentuk
kompleks sianoargentat.
Kebanyakan reaksi perak bukanlah reaksi kimia yang bersifat cepat, akan
tetapi lebih bercirikan kepada korosi. Berbagai pereaksi yang dapat
menyerangnya relatif lambat, termasuk sianida logam alkali, peroksida, sulfida,
brom, asam okso-khlor, asam khromat, boraks, asam belerang, raksa,
peroksisulfat, permanganat, natrium thiosulfat, belerang, dan asam sulfat
pekat. Perak membentuk senyawa tak larut serta kompleks stabil dengan ligan
organik dan anorganik, membentuk ion aquo sederhana dengan nitrat,
perkhlorat, fluorborat, serta membentuk kompleks dengan halida, sianida,
amonia, dan thiosulfat. Kebanyakan senyawa taklarutnya dapat larut dalam
larutan yang mengandung zat pengompleks.
Untuk tujuan dekoratif dan industri, plating perak menggunakan larutan
sianida alkali. Sianida mengompleks-kannya, menekan kecendrungan
mengendap oleh celupan. Sianida bebas diperlukan agar korosi anoda berjalan
dengan baik, melarutkan lapisan AgCN pada anoda, dan meningkatkan daya
hantar bak. Khusus untuk tujuan dekoratif, plating perak menggunakan logam
basis yang bermacam-macam, namun sering merupakan kombinasi logam
yang disolder. Untuk pengerasan dan anti ausnya bisa menggunakan antimon.
Sianida kalium akan lebih baik dari sianida natriumnya, karena ion kalium
memiliki hantaran yang lebih besar, dan kalium juga memiliki daya larut yang
lebih besar daripada natrium. Karbonat dan hidroksil akan meningkatkan daya
hantar, mencegah pecahnya sianida dengan menjaga pH tetap basa, dan
menyerap CO2 dari udara agar tidak bereaksi dengan sianida membentuk
asam sianida.
Plating perak dimanfaatkan untuk industri-industri listrik dan elektronika.
Salah satu kelemahannya adalah dapat mengalami tarnish dan membentuk
lapisan sulfida. Untuk mengatasinya bisa dilakukan melalui plating ulang
dengan emas atau rhodium, atau pembentukan alloy dengan logam lain.
Plating Platina
Pada golongan VIII B sistem periodik terdapat tiga triad; yang pertama
besi-kobalt-nikel, yang kedua ruthenium-rhodium-paladium, dan yang ketiga
osmium-iridium-platina. Ketiga triad ini memiliki sifat yang mirip, dengan salah
satu keungulannya tahan korosi serta aktivitas katalitiknya. Bila tak ada logam
lain yang tahan lingkungan korosif tertentu, maka platina merupakan satusatunya jawaban.
Bak plating pada logam platina sedikit berbeda dengan bak biasa karena
potensialnya yang sangat mulia, kecendrungannya membentuk kompleks, dan
harganya yang mahal. Karena itu untuk tujuan ekonomis, kosentrasinya cukup
2 g/l saja. Karena logam-logam platina mudah membentuk kompleks yang
stabil, maka tidak akan membentuk deposit celup walaupun pada logam
basisnya.
Bak logam platina menggunakan anoda tak larut karena logamnya tak
larut anodik, karena itu logam yang diplatkan harus selalu diganti. Paladium
dan platina dapat larut anodanya dalam asam tertentu, dengan demikian
memang pemakaian anoda larut lebih disukai. Paladium sering dipakai sebagai
pengganti emas karena harganya yang lebih murah, depositnya renggang
sehingga akan dapat melapis lebih banyak.
Beberapa faktor penunjang digunakannya logam platina dalam plating
antara lain karena titik lelehnya yang tinggi, kekerasan yang hebat, ketahanan
korosi, tahan aus, dan penampilan yang bagus. Di samping itu plat platina yang
dilapisi plat-plat lain akan mencegah terjadinya difusi logam. Akan tetapi karena
logam platina bebas hanya sedikit di dalam larutan bak, maka ia mempunyai
sifat yang sulit untuk diplatkan, dan efisiensi katodanya rendah. Platina sendir
banyak digunakan untuk membuat anoda titanium, proteksi katodik, dan proses
elektrokimia lainnya. Platina inert terhadap larutan elektrolit dan lingkungan
laut. Bak platina yang penting adalah berdasarkan kompleks amina, nitrito, dan
hidrokso.
Plating Timah
Timah merupakan logam lunak, titik lebur yang rendah, liat, mudah diberi
lakuan kerja dalam keadaan dingin. Berwarna putih perak, terkadang agak
kekuningan karena adanya lapisan oksida. Timah memiliki dua keadaan
alotropi; yang berwarna putih, disebut dengan beta; dan yang berwarna kelabu
disebut dengan alpha. Timah putih bersistem kristal tetragonal dan yang kelabu
berstruktur intan, kurang rapat, nonlogam, dan semikonduktor.
Timah bersifat amfoter, bereaksi dengan logam maupun dengan basa.
Karena overpotensial hidrogen yang cukup tinggi terhadap timah, maka
serangan oleh asam ataupun basa berjalan dengan lambat, kecuali bila ada
oksidator. Pasangan galvanik timah-besi memiliki arti yang penting secara
komersial, seperti untuk kaleng. Dalam keadaan biasa, besi anodik akan
terkorosi lewat pori, tetapi dalam lingkungan anaerobik dalam kaleng kemasan
dan suasana asam organik makanan atau minuman, potensial pasangannya
berbalik dan timah menjadi anodik, dengan demikian akan melindungi besi.
Nitrogen, hidrogen, karbon dioksida, dan gas amonia tidak bereaksi
dengan timah. Belerang dioksida lembab akan menyerangnya. Halogen akan
bereaksi dengan timah membentuk tetra halida. Asam sulfat panas akan
melarutkannya, bereaksi pelan dengan nitrat encer dingin, dan membentuk
endapan dengan asam nitrat pekat panas. Asam lainnya yang menyerang
timah adalah asam sulfit, khlorosulfonat, pirosulfat, dan beberapa asam organik
bila ada oksidator.
Dalam lingkungan yang alkali, timah (IV) akan stabil, akan tetapi larutan
stannat (II) akan terurai:
2 Sn(OH)42-  Sn(OH)62- + Sn + 2 OHDalam larutan asam, senyawa timah (II) ada dalam bentuk ion aquo Sn 2+,
akan tetapi Sn (IV) dalam bentuk kompleks seperti SnCl62- dan Sn(OH)62-.
Senyawa timah cenderung terhidrolisis dalam larutan berair karena itu dalam
larutan alkali harus distabilkan dengan alkali berlebih dan dalam larutan asam
distabilkan dengan asam berlebih.
Timah tidak dapat diplatkan dengan alasan dekoratif, tetapi penerapannya
justru berdasarkan kompatibilitasnya dengan pangan karena tidak beracun
serta mudah disolder. Timah juga bermanfaat karena sifatnya yang lunak dan
liat. Di udara bebas, sifatnya katodik terhadap baja, sehingga tidak dapat
dimanfaatkan sebagai pelindung seperti bisa diterapkan pada seng dan
kadmium.
Plating timah banyak diterapkan untuk membuat panci dan peralatan
rumah tangga lainnya. Plating pada kawat tembaga akan melindungi tembaga
dari serangan belerang serta memudahkan penyolderan. Demikian pula untuk
pelapis pada berbagai bagian otomotif dan industri elektronik.
Plating Timbal
Timbal merupakan salah satu logam tertua yang dikenal manusia. Pada
dunia industri, penggunaan timbal hanya dikalahkan oleh besi, seng, dan
aluminium. Timbal penampilannya kusam sehingga kurang baik untuk
penampilan atau untuk tujuan plating dekoratif. Penggunaan plating timbal
antara lain bertujuan protektif; melindungi logam dari cairan-cairan korosif, alatalat kimia, sekrup, dan sebagainya.
Senyawa timbal banyak yang tidak larut, karena itu pilihan elektrolitnya
agak terbatas. Timbal tidak larut dengan sulfat dan khlorida. Larutan kompleks
anionnya tidak stabil karena timbal caturvalen (IV) akan kembali ke bentuk
dwivalen (II) yang stabil. Garam-garam timbal yang larut misalnya nitrat,
fluorosilikat, sulfamat, fluoroborat, dan perkhlorat. Larutan nitrat tidak mungkin
digunakan karena anionnya tereduksi di katoda, dan perkhlorat juga jarang
dipakai. Bak fluorosilikat memang digunakan dalam proses pembuatan timbal,
tetapi untuk plating yang sering digunakan adalah fluoroborat.
6
BAHAN LAS DAN PATRI
6.1 Bahan Untuk Mematri
Mematri adalah menyambung logam dengan menggunakan logam lebur,
sedangkan logam yang akan disambung itu tidak dileburkan. Jadi titik lebur dari
paduan patri tersebut harus lebih rendah daripada titik lebur bagian-bagian
yang akan disambung.
Dalam mematri diperlukan permukaan logam yang bersih dan bebas dari
oksid. Untuk keperluan tersebut logam harus terlebih dahulu dibersihkan, baik
dengan cara mekanis maupun melalui pelarutan menggunakan bahan pelarut
tertentu. Pembersihan ini juga bisa menggunakan kombinasi mekanis,
kemudian dibersihkan lagi dengan menggunakan larutan tertentu untuk
mencegah terjadinya oksidasi yang dapat mengotori kembali bahan yang akan
dipatri. Sistem mematri dapat dibedakan seperti berikut:
1. Mematri dengan baut patri yang dapat dipanaskan secara secara terus
menerus ataupun tidak.
2. Mematri dengan nyala api yang dapat diperoleh melalui lampu patri ataupun
pembakar gas.
3. Mematri dengan sistem celup. Benda kerja dicelupkan ke dalam suatu
cairan tertentu yang suhunya lebih tinggi daripada titik lebur paduan patri.
4. Mematri dalam oven. Benda kerja yang telah diberi bahan pelumer,
dimasukkan ke dalam sebuah oven dengan suhu yang lebih tinggi daripada
titik lebur paduan patri. Untuk mencegah terjadinya oksidasi, biasanya
pematrian dilakukan dengan gas yang bersifat reduksi.
Jenis Patri
Jenis patri dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Patri keras; termasuk ke dalam ini adalah patri tembaga dan patri perak
dengan titik lebur di atas 300oC. Dapat dipatri dengan nyala api,
pencelupan, maupun melalui oven. Melalui patri keras dapat diperoleh
sambungan yang kuat.
2. Patri lunak; termasuk ke dalam ini adalah patri timah dengan titik lebur
hingga 300oC. Dapat dipatri dengan baut patri, nyala api, pencelupan,
ataupun oven. Melalui patri lunak akan diperoleh sambungan yang tidak
begitu kuat, akan tetapi dapat dipergunakan untuk penyematan mekanis,
perapatan, menghaluskan bagian yang kurang rata, pengantar listrik,
ataupun penyepuhan timah.
Bahan Pelebur
Bahan pelebur dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Bahan pelebur dengan dasar asam. Bahan pelebur ini melarutkan oksid dan
mencegah terjadinya oksidasi baru. Setelah pematrian selesai, sambungan
dengan keadaan di sekitarnya harus dibersihkan guna mencegah reaksi
lebih lanjut dengan asam. Termasuk ke dalam bahan ini adalah; boraks
untuk pematrian keras terhadap baja, besi tuang, tembagan dan paduan
tembaga; khlorida seng untuk pematrian lunak terhadap baja, besi tuang,
tembaga dan paduan tembaga; dan asam garam untuk pematrian lunak
seng dan benda yang disepuh seng.
2. Bahan pelebur dengan dasar damar. Bahan ini tidak melarutkan oksid, akan
tetapi dapat mencegah terjadinya oksidasi baru. Setelah selesai dengan
pematrian, sambungan dan keadaan di sekitarnya tidak perlu dibersihkan
lagi, dengan arti kata dengan bahan semacam ini akan didapat sambungan
yang bersih. Cara ini terutama digunakan dalam teknik listrik dan
elektronika, yaitu pematrian lunak logam yang sukar teroksidasi seperti
tembaga dan paduan tembaga, timah dan barang yang disepuh dengan
timah, dan timbal.
3. Bahan pelebur dengan dasar gemuk. Bahan ini memiliki sifat yang kira-kira
sama dengan sifat yang terdapat pada dasar damar. Bahan ini dipakai untuk
pematrian lunak logam yang sukar teroksidasi, misalnya timah dan barang
yang disepuh dengan timah dan timbal.
Patri tembaga dan patri perak
Patri tembaga adalah tembaga murni atau paduan dari tembaga dengan
seng atau fosfor, di samping itu dapat pula mengandung beberapa macam
unsur yang lainnya. Patri logam murni tembaga akan memiliki titik lebur yang
tinggi, sekitar 1083oC dan sangat encer pada suhu tersebut, digunakan dalam
oven untuk mematri besi, nikel dan paduannya.
Patri perak pada umumnya adalah paduan antara tembaga dan perak
dengan seng, di samping itu dapat pula mengandung beberapa macam unsur
lainnya seperti kadmium. Patri perak dengan imbuhan kadmium, memiliki
trayek titik lebur yang rendah, sekitar 600 - 690oC. Patri ini digunakan untuk
keperluan yang umum. Semakin banyak kandungan peraknya, akan
memperbaiki sifat encer patri dan sifat dapat dibentuknya sambungan.
Seng akan menurunkan titik lebur patri. Fosfor akan membuat patri encer,
namun akan membuat sambungan sukar dirubah bentuknya. Perak akan
membuat patri menjadi encer sekali, di samping itu akan membuat sambungan
dapat dirubah bentuknya dengan sempurna. Kadmium akan menurunkan titik
lebur patri. Mangan akan meningkatkan kekuatan sambungan pada suhu yang
tinggi.
6.2 Bahan Untuk Mengelas
Mengelas adalah menyambung logam dengan atau tanpa menggunakan
logam lebur tambahan, dengan arti kata bagian logam yang akan
disambungkan tersebut dileburkan pada tempat penyambungannya. Secara
umum, ada dua pembagian untuk bahan las; las otogen dan las busur logam.
Bahan Las Otogen
Bahan yang penting untuk las otogen adalah gas asetilen, zat asam dan
kawat las. Gas asetilen dan zat asam bersama-sama akan menimbulkan
sumber panas, di mana kawat las akan memberikan bahan lebur kepada
bagian yang akan dilas.
Gas asetilen adalah merupakan zat karbon tidak jenuh dengan rumus
struktur H - C  C - H. Gas ini diperoleh dari karbid dan air yang bereaksi
menurut persamaan:
CaC2 + 2H2O  Ca(OH)2 + C2H2
Gas asetilen diolah dalam sebuah ketel pembangkit dengan tekanan sekitar 15
bar. Untuk mencegah terjadinya eksplosi diri, gas asetilen dilarutkan ke dalam
aseton.
Untuk zat asam, pada suhu biasa adalah berupa gas tidak berwarna, tidak
berbau, dan tidak berasa. Zat asam diperoleh melalui penyulingan bertingkat
dari udara yang dicairkan, atau melalui elektrolisis terhadap air. Sedangkan
kawat las terbuat dari baja dengan zat arang sekitar 0,1% dan mangan sekitar
0,4 - 0,5%.
Bahan Las Busur Logam
Bahan yang terpenting untuk las busur logam adalah elektroda, yaitu
suatu batang logam yang memiliki suatu lapisan. Batang logam berfungsi
sebagai bahan lebur bagi las, sedangkan lapisan batang memiliki banyak
fungsi. Salah satunya adalah untuk membentuk terak guna melindungi logam
yang sedang mencair terhadap pengaruh zat asam dan zat lemas dari udara.
Zat asam dapat membuat persenyawaan oksid dengan unsur zat arang,
silisium dan mangan, yang membuat bahan menjadi kental dan mengurangi
sifat-sifat mekanisnya. Zat lemas dengan unsur besi akan bersenyawa menjadi
nitrida yang akan mengurangi sifat dapat dibentuknya.
Pelapis batang elektroda dapat diterapkan dengan dua cara, yaitu melalui
pencelupan dan pengempaan. Susunan dari batang logam tergantung kepada
bahan yang akan dilas, sedangkan jenis pelapis batang tergantung kepada
bahan yang akan dilas, kecepatan yang diinginkan, dan posisi dari las. Jenis
bahan pelapis batang yang terpenting adalah sebagai berikut:
1. Bahan pelapis asam, terdiri dari bubuk logam, sedangkan teraknya akan
bereaksi dengan asam. Elektrodanya encer sekali, membeku dengan
lamban, namun memiliki sifat mekanis las yang baik sekali.
2. Bahan pelapis basa, terutama terdiri dari kalsit yang sangat peka terhadap
air. Teraknya akan bereaksi dengan basa. Elektroda ini kental dan cepat
membeku, namun sifat mekanis lasnya baik sekali.
3. Bahan pelapis oksid besi, terutama terdiri dari oksid besi. Elektroda ini
sangat encer dan membeku dengan lamban, sifat mekanis lasnya sedang.
4. Bahan pelapis rutil, terutama terdiri dari oksida titanium yang teraknya
bereaksi netral. Elektroda ini bila kental akan cepat membeku, bila setengah
kental akan membeku dengan kecepatan sedang, dan bila encer akan
membeku dengan lamban. Sifat mekanis lasnya baik. Elektroda ini sesuai
untuk segala macam posisi las sesuai dengan sifatnya.
6
PENUTUP
Ilmu bahan logam dewasa ini mengalami perkembangan yang sangat
pesat, penerapan yang semakin meluas, dimulai dari yang bercita rasa
keindahan, rumah tangga, industri mekanis, sampai ke perangkat lunak
berteknologi tinggi. Untuk itu kita dituntut agar mampu menyerap hal-hal yang
baru agar kita tidak selalu ketinggalan, khususnya dalam bidang sains. Tiada
yang dapat kita lakukan kecuali ikut melakukan usaha yang konstruktif ke arah
itu, yaitu dengan jalan menambah pengetahuan dan pengalaman.
Berbagai bahan logam yang ada, dapat dimanfaatkan dan direkayasa
sesuai dengan kebutuhan dan tujuan penggunaannya. Walaupun tidak semua
logam, memang, dapat begitu saja langsung dimanfaatkan, selain juga ada
beberapa logam yang kalau bekerja dengannya dituntut kehati-hatian karena
sifatnya yang berbahaya terhadap kesehatan, akan tetapi pada prinsipnya
banyak hal yang dapat dikerjakan dengan logam. Untuk itu kreativitas kita lah
yang dituntut, di samping pengetahuan yang cukup untuk itu.
I. Pertanyaan
1. Jelaskan perbedaan antara besi dan baja!
2. Jelaskan beberapa jenis baja yang diketahui beserta komposisi unsur-unsur
yang ditambahkan dan sifat-sifatnya.
3. Apa yang dimaksud dengan; jelaskan beserta dengan contohnya:
a. logam mulia
b. logam alkali
c. logam alkali tanah
d. logam transisi
e. logam berat
f. logam ringan
4. Sebutkan persenyawaan-persenyawaan logam yang diketahui!
5. Apa yang dimaksud dengan:
a. besi tuang putih
b. besi tuang kelabu
c. korosi
d. karat kontak
e. kuningan
f. perunggu
g. nitrasi
h. elektroplating
6. Jelaskan pengaruh beberapa unsur pemadu terhadap paduan dalam baja!
7. Jelaskan cara mengatasi terjadinya korosi pada logam!
II. Tugas
Jelaskan bagaimana prosesnya elektroplating, dan unsur-unsur yang biasa
digunakan! Kenapa?
Daftar Bacaan
1. Anton J. Hartomo, Tomijiro Kaneko, “Mengenal Pelapisan Logam”, Penerbit
Andi Offset, Yogyakarta, 1995.
2. Beumer, B.J.M., “Ilmu Bahan Logam”, Terjemahan B.S. Anwir, Jilid I, II, III,
Penerbit Bhatara, Jakarta, 1994.
3. Hicks, J., “Comprehensive Chemistry”, Revised 2nd Ed., The MacMillan
Press Ltd., London and Basingstoke, 1981.
4. Schönmetz, A., K. Grubber, “Pengetahuan Bahan Logam Dalam
Pengerjaan Logam”, Terj. Eddy D. Hardjapamekas, Penerbit Angkasa,
Bandung, 1985.
5. Vogel, “Textbook of Macro and Semimicro Qualitative Inorganic Analisys”,
Revised by G. Svehla, Longman Group Ltd., London, 1979.