pengaruh variasi arus listrik terhadap ketebalan...

PENGARUH VARIASI ARUS LISTRIK TERHADAP

KETEBALAN LAPISAN TEMBAGA PADA PROSES

ELEKTROPLATING PLAT BAJA KARBON RENDAH

NASKAH PUBLIKASI

Diajukan guna memenuhi sebagian syarat memperoleh d erajat sarjana S1

pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universit as Muhammadiyah

Surakarta

Disusun :

SULISTIYANTO

NIM : D 200 070 035

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2013

PENGARUH VARIASI ARUS LISTRIK TERHADAP KETEBALAN LAPISAN TEMBAGA PADA PROSES ELEKTROPLATING PLAT BAJ A

KARBON RENDAH Sulistiyanto, Bibit sugito, Pramuko IP

Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartosuro

email : [email protected].

ABSTRAKSI

Proses elektroplating merupakan proses pelapisan permukaan logam dengan logam lain. Proses pelapisan dilakukan dalam larutan elektrolit dengan menggunakan arus listrik searah (DC). Proses Elektroplating dengan menggunakan pelapisan tembaga pada plat Baja Karbon Rendah.Tujuan dari penelitian Tugas Akhir ini adalah mengetahui pengaruh variasi waktu tahan celup proses Elektroplating Tembaga pada plat Baja Karbon Rendah terhadap kekasaran dan ketebalan lapisan tembagannya. Pada pengujian ini digunakan bahan plat Baja Karbon Rendah dengan ukuran panjang 10 cm x lebar 5 cm x tebal 16 mm sebanyak 3 spesimen. Parameter yang digunakan, spesimen 1 pelapisan tembaga dengan variasi waktu tahan celup 8 detik, rapat arus 14 ampere, tegangan 9 volt, Spesimen 2 mengunakan variasi waktu 8 detik, rapat arus 15 ampere, tegangan 9 volt, dan Spesimen 3 menggunakan variasi waktu 8 detik, rapat arus 17 ampere, tegangan 9 volt. Setelah selesai diplating material diuji tingkat ketebalan lapisan tembaganya dengan foto mikro (Standart ASTM B 487), uji kekasaran dengan alat (Surface tester (Surfcorder SE 1700) dan foto makro. Dari pengujian ketebalan diperoleh hasil Spesimen 1 pelapisan tembaga 14 ampere ketebalan lapisannya 1,52 µm, spesimen 2 pelapisan tembaga 15 ampere ketebalan lapisannya 2,14 µm, Spesimen 3 pelapisan 17 ampere ketebalan lapisanya 3,80 µm. Sedangkan untuk hasil uji kekasaran diperoleh tingkat kekasaran rata-rata, pencelupan dengan rapat arus 14 ampere tingkat kekasaran 0,45 µm, Pencelupan 15 ampere tingkat kekasaran 0,35 µm, dan Pencelupan 17 ampere didapat tingkat kekasaran 0,32 µm.

Kata kunci : Elektroplating, Tembaga, Struktur mikr o, Kekasaran.

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Melihat kerugian yang terjadi yang akan ditimbulkan oleh korosi

ini maka berbagai usaha dilakukan untuk dapat mencegah korosi

salah satu cara untuk mencegah korosi adalah melakukan surface

treatment pada suatu logam yaitu memberi perlindungan pada

permukaan logam dengan logam lain. Surface treatment yang

sekarang banyak dikembangkan yaitu proses elektroplating yang

menggunakan logam tembaga, nikel dan krom sebagai pelapis.

Definisi dari elektroplating yaitu proses pelapisan logam dengan

logam lain di dalam larutan elektrolit dengan menggunakan arus

listrik. Selain dapat memproteksi logam dari korosi, juga untuk

memperbaiki karakteristik produk yang dihasilkan, agar tampilanya

lebih menarik dan tahan gesekan (B.H. Amstead, 1991).

Selain proses elektroplating juga bertujuan untuk menambah

nilai dekoratif dari suatu logam. Bidang elektroplating itu sendiri

mempunyai banyak jenis yaitu elektroplating emas, perak, seng,

nikel, krom, timah, timbal, kuningan dan perunggu. Beberapa

proses elektroplating dengan menggunakan logam tembaga, nikel

dan khrom misalnya : velg dan spart part motor lainya.

Pada penelitian ini penulis berkesempatan melakukan proses

elektroplating dengan menggunakan pelapisan tembaga pada plat

baja karbon rendah yang selanjutnya akan diuji untuk mengetahui

hasil lapisan platingnya.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh arus listrik

dan lama waktu pencelupan pada proses elektroplating terhadap

pelapisan plat baja karbon rendah dengan lapisan tembaga.

1.2. Tujuan penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh arus listrik

pada proses elektroplating terhadap pelapisan tembaga pada baja

karbon rendah.

2.1. Landasan Teori

Elektroplating

Elektroplating yaitu proses pelapisan logam dengan logam

lain di dalam suatu larutan elektrolit dengan pemberian arus

listrik. Konsep yang digunakan dalam proses elektoplating

adalah konsep reaksi reduksi dan oksidasi dengan

menggunakan sel elektrolisa. Dalam sel elektrolisa arus yang

akan dialirkan akan menimbulkan reaksi reduksi dan oksidasi

dangan mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Proses

pelapisan terjadi jika suatu benda yang akan dilapisi berfungsi

sebagai katoda dan benda pelapis sebagai anoda dicelupkan

kedalam larutan elektrolit dengan kosentrasi tertentu, kemudian

arus dialirkan kedalam larutan tersebut maka ion-ion pada

anoda akan terurai ke dalam larutan dan akan melapisi benda

yang akan berfungsi sebagai katoda. Banyaknya ion yang

diuraikan tergantung dari besarnya arus yang dialirkan.

Semakin besar arus yang dialirkan semakin banyak ion yang

diuraikan begitu pula sebaliknya.

Hasil yang diperoleh dalam proses elektroplating

dipengaruhi oleh banyak variabel diantaranya larutan yang di

gunakan, suhu larutan, durasi planting tegangan antara dua

elektroda, keadaan elaktroda yang digunakan dan sebagainya.

Tujuan dari elektroplating itu sendiri selain untuk

mempertinggi nilai deduktif juga berfungsi sebagai proteksi

terhadap korosi dan untuk menghasikan benda atau logam

yang mempunyai karakteristik fisik dan mekanik tertentu.

1. Reaksi elektrokimia

Reaksi elektrokimia yaitu reaksi yang menghasikan

transfer bentuk energi listrik menjadi energi kimia atau

sebaliknya melalui saling interaksi antara arus listrik. Dalam

proses elaktroplating pemberian arus listrik akan

menimbulkan reaksi reduksi-oksidasi, dengan kata lain

energi listrik diubah menjadi energi kimia.

2. Reaksi yang terjadi pada Anoda dan Katoda

Jika sel elektrolit digunakan tembaga sebagai anoda

dan benda yang akan dilapis sebagai katoda. Keduanya

dicelupkan kedalam bak yang berisi larutan garam dari

tembaga seperti CuSO4 denga kosentrasi tertentu, kemudian

arus dialirkan kedalam larutan tersebut maka benda katoda

akan telapis dengan tembaga. Dalam hal ini beberapa

elektron dari katoda tranfer elektron dengan ion tembaga

bermuatan positif CU2+ , dan membebaskanya sebagai atom

logam tembaga. Atom logam tembaga ini mengambil tempat

di permukaan tembaga

Proses pelapisan dapat terjadi karena elektron yang

lepas dari atom-atom tembaga meninggalkan anoda yang

kemudian masuk ke dalam larutan sebagai ion-ion tembaga.

Gambar 2.1 Proses reaksi yang terjadi pada anoda dan

katoda

AMPERE METER SUMBER ARUS SEARAH

Cu2+

SO42-

Cu2+

So42-

Cu2+

SO42-

SO42-

ANODA KATODA

Proses pelapisan dapat terjadi sebagai berikut :

elektron yang lepas dari atom-atom tembaga meninggalkan

anoda yang kemudian masuk kedalam larutan sebagai ion-

ion tembaga

Cu Cu2+ + 2e (anoda)

Electron bergerak dari anoda ke katoda bereaksi

dengan ion-ion Cu menjadi ion-ion tembaga yang melapisi

katoda.

Cu2+ + 2e Cu (katoda)

METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini menggunakan cara yang dirancang untuk

mendapatkan data yang aktual dengan langkah-langkah yang telah

disusun secara sistematis. Dan metodologi penelitian ini merupakan

salah satu cara untuk mempermudah membaca, menganalisa

penelitian, dan memberikan gambaran umum proses penelitian dari

awal sampai akhir pengujian hingga mendapatkan data yang

diperlukan.

3.1 Rancangan dan Diagram Alir Penelitian

Dalam rancangan penelitian ini akan dijelaskan dalam diagram

alir Gambar 3.1 yang mengilustrasikan langkah-langkah yang akan

dilakukan dalam proses penelitian tugas akhir mulai dari

mempersiapkan peralatan dan bahan sampai dengan pengambilan

data, analisis data serta kesimpulan dari percobaan yang telah

dilakukan. Sehingga dalam penelitian akan lebih mudah mengetahui

langkah-langkah yang akan diambil dalam peneltian.

Adapun rancangan penelitian diterangkan dalam diagram alir.

Mulai

Studi pustaka

Pengadaan alat

Pengadaan spesimen uji baja karbon rendah

Pemolesan spesimen baja

Pembersihan spesimen baja sesudah dipoles

Proses elektroplating spesimen baja menggunakan tembaga

Hasil

Analisa dan pembahasan

Kesimpulan

Selesai

Pengujian ketebalan foto mikro (ASTM B 487), Pengujian kekasaran,

Pengujian foto makro.

Spesimen I lama

pencelupan 8 detik,

arus listrik 14 ampere,

tegangan 9 volt

Spesimen II lama

pencelupan 8 detik,


tegangan 9 volt

Spesimen III lama

pencelupan 8 detik,


tegangan 9 volt

DATA HASIL PENELITIAN

4.1. Data Hasil Penelitian

Tabel 4.1 Data hasil penelitian.

No T (detik)

V (volt)

I (amp)

Ar F W Mula-mula

(gram)

W Setelah dilapisi (gram)

Pertambahan berat Tembaga

1 8 9 14 63,54 96500 579 579,57 0,57 2 8 9 15 63,54 96500 580 580,79 0,79 3 8 9 17 63,54 96500 585 586,12 1,12

Gambar 4.2 Grafik berat spesimen yang dilapisi tembaga.

Gambar 4.3 . Grafik hubungan arus listrik dengan berat tembaga yang

menempel.

579,57

580,79

586,12

579

580581

582

583584

585

586587

588

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Be

rat

tota

l p

lat

sete

lah

dil

ap

isi

tem

ba

ga

(g

ram

)

arus listrik (ampere)

0,57

0,79

1,12

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Be

rat

tem

ba

ga

ya

ng

me

ne

mp

el

(gra

m)


4.1. Data Hasil pengujian

4.1.1. Data Hasil Pengamatan Struktur Mikro

Tabel 4.4. Tabel hasil pengamatan Struktur Mikro.

No. Variasi Tebal Lapisan (µm)

Arus listrik 1 2 3 4 5 6 Rata-rata

1 14 Amp 0,82 0,83 1,00 1,00 1,20 1,10 0,992

2 15 Amp 0,69 0,61 0,71 0,53 0,76 0,88 1,393

3 17 Amp 1,20 1,30 1,60 1,50 0,95 0,87 2,473

Gambar 4.5. Foto Stuktur Mikro Baja Karbon Rendah dengan waktu

tahan celup 8 detik dengan arus 14 ampere dan tegangan 9 volt

didapat ketebalan 1,52 µm perbesaran 200x.

Lapisan tembaga

Plat baja

Resin 20 µm







Lapisan tembaga

Plat baja

Resin

Lapisan tembaga

Plat baja

Resin 20 µm

20 µm

Gambar 4.8. Grafik hubungan arus listrik dengan tebal lapisan

sebenarnya.

Gambar 4.9 Grafik perbandingan tebal lapisan sebenarnya dengan

tebal lapisan secara teoritis.

1,52

2,14

3,8

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Te

ba

l la

pis

an

(µm

)


1,52

2,14

3,83,9

4,2

4,8

0

1

2

3

4

5

6

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Te

ba

l la

pis

an

(µ

m)


Tebal

lapisan

sebenarnya

4.2.2. Data Hasil Pengamatan Foto Makro

Gambar 4.10 Spesimen 1 baja karbon rendah dengan pelapisan

tembaga waktu tahan celup 8 detik dengan arus 14 ampere dan

tegangan 9 volt, pembesaran 9x.







Tabel 4.13 Data hasil Pengujian kekasaran permukaan.

Spesimen Kekasaran Permukaan (µm)

Arus listrik Ra1 Ra2 Ra3 Ra4 Ra5 Rata-rata

14 0,5057 0,3436 0,4050 0,6438 0,3739 0,45

15 0,3220 0,4384 0,3997 0,3119 0,3176 0,35

17 0,3955 0,2936 0,2725 0,2631 0,4011 0,32

Gambar 4.14 . Grafik tingkat kerataan rata-rata.

0,45

0,350,32

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Tin

gk

at

ke

ka

sara

n R

ata

-

rata

(µm

)


Tingkat

kekasaran

rata-rata

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Dari pangamatan yang telah dilakukan dapat disimpulkan

sebagai berikut:

1. Baja karbon rendah yang telah mengalami proses

Elektroplating (pelapisan tembaga), memperlihatkan

bahwa dari ketiga spesimen terjadi penambahan

ketebalan lapisan tembaga dan penambahan berat

tembaga yang diendapkan dikarenakan pengaruh waktu

dan rapat arus penahanan celup, hal ini sesuai bahwa

berat zat (unsur,senyawa,ion) yang dilepaskan sebanding

langsung dengan besarnya arus listrik dan waktu tahan

celup yang melalui sel elektrolit.

2. Dari penelitian didapatkan berat spesimen sesudah

dilapisi dangan penahan celup 14 ampere dari berat awal

579 gram menjadi 579,57 mengalami pertambahan berat

0.57 gram, Penahanan celup 15 ampere dari berat awal

580 menjadi 580,79 gram mengalami penambahan berat

0,79 gram, penahan celup 17 ampere dari berat awal 585

gram menjadi 586,12 gram mengalami penambahan

berat 1,12 gram.

3. Dari hasil pengamatan struktur mikro didapat tebal lapisan

tembaga dengan waktu plating 8 detik, arus 14 ampere,

tegangan 9 volt diperoleh ketebalan lapisan 1,52 µm,

pelapisan waktu tahan celup 8 detik, arus 15 ampere,

tegangan 9 volt diperoleh ketebalan lapisan 2,14 µm,

pelapisan dengan waktu tahan celup 8 detik, arus 17

ampere, tegangan 9 volt diperoleh ketebalan lapisan 3,80.

4. Hasil penelitian kekasaran pelapisan tembaga pada baja

karbon rendah dengan penahan celup 14 ampere

diperoleh tingkat kekasaran permukaan rata-rata 0,45 µm,

penahan celup 15 ampere diperoleh tingkat kekasaran

rata-rata 0,35 µm, sedangkan penahan celup 17 ampere

diperoleh tingkat kekasaran rata-rata 0,32 µm.

5.2. Saran

Dari uraian diatas penulis dapat membuat saran sebagai berikut:

1. Untuk penelitian berikutnya perlu penelitian yang lebih

lengkap tentang variasi arus dan waktu celup yang lebih

efektif untuk proses elektroplating.

2. Perlu dikembangkan tentang elektroplating pada bahan non

logam.

3. Untuk mendapatkan kualitas yang lebih baik perlu

diperhatikan diantarannya:

� Temperatur, waktu dan rapat arus yang digunakan.

� Kualiatas dan persiapan spesimen.

� Komposisi dan kemurnian larutan elektrolit.

DAFTAR PUSTAKA

Ambudi, T.P., 2005, Penelitian Tentang Pengaruh Densitas Arus dan

Temperatur Planting nikel Terhadap Adhesivitas dan Kehalusan Permukaan Pada Proses Elektroplating Tembaga-Nikel, Tugas Akhir, UMS, Surakarta.

Candra, W., 2009, Pengaruh Pelapisan Nikel Proses Elektroplating

terhadapHarga Fatiqu, Tarik dan Struktur Mikro P0ro s Roda Depan Merk Tiger, Tugas Akhir, UMS, Surakarta.

Amstead, B.H., Djaprie, s. (Alih Bahasa), 1991, Teknologi mekanik,

Edisi ke-7 PT. Erlangga, Jakarta. Hartomo, AJ., Kaneko T., 1992, Mengenal Pelapisan Logam

(Elektroplating), Andi offset, Jogjakarta. Sembada., RH., 2008, Pembuatan Dies Dengan Metode Elektroplating

Tembaga Nikel dan Krom Dengan Variasi Waktu Pencelupan 2400 s, 3000 s, 3600 s, 3600 s, dan Rapat Arus 7 Ampere Pada Polimer, Tugas Akhir, UMS, Surakarta.

Annual Book of Standards ASTM, B 4787 - 96, Standart Test Method

for Measurement of Coating Thicknesses by the Magnetic Method : Nonmagnetic Coatings on Magnetic Basis Metals, West Conshocken, PA : United States

Annual Book of Standards ASTM, B 4787 - 85, Standart Test Method

for Measurement of Metal and Oxide Coating Thickness by Microscopical Examination of a Cross Section, West Conshocken, PA : United States

. Mallory, GO, Kajdu, JB, 1990, Electroless Plating : Fundamentals and

Aplications, Noyes Publications, New York. Van Vilet, G.L.J., dan Both, W., 1984, Teknologi Untuk Bangunan

Mesin Bahan-Bahan 1, Erlangga, Jakarta Jakarta. Purboyo, T, A, 2004, Pengaruh Waktu Penahanan Pada Proses

ElektroplatingTerhadap cacat Vibraus Bahan Muffler, Tugas Akhir, UMS, Surakarta.

Riyanto, Ph. D, 2013, Elektrokimia dan aplikasinya, edisi ke-1 graha

ilmu, jogjakarta.

pengaruh variasi arus listrik terhadap ketebalan...

Documents