Mengenal Cara Pelapisan Logam Bagian 1

Electroplating

Dalam teknologi pengerjaan logam, proses electroplating dikategorikan sebagai proses pengerjaan akhir (metal finishing). Secara sederhana, electroplating dapat diartikan sebagai proses pelapisan logam, dengan menggunakan  bantuan arus listrik dan senyawa kimia tertentu guna memindahkan partikel logam pelapis ke material yang hendak
Pelapisan log
am dapat berupa lapis seng (zink), galvanis, perak, emas, brass, tembaga, nikel dan krom. Penggunaan lapisan tersebut disesuaikan dengan kebutuhan dan kegunaan masing-masing material. Perbedaan utama dari pelapisan tersebut selain anoda yang digunakan, adalah larutan elektrolisisnya. Dalam penelitian yang baru belakangan ini (tahun 2004), dilakukan oleh Tadashi Doi dan Kazunari Mizumoto, mereka menemukan larutan baru (elektrolisis) yang dinamakan larutan citrate ( kekerasan deposit mencapai 440 VHN)
fisik ketika material dilapis dengan nikel adalah bertambahnya daya tahan material tersebut terhadap korosi, serta bertambahnya kapasitas konduktifitasnya. Adapun dalam sifat mekanik, terjadi perubahan kekuatan tarik maupun tekan dari suatu material sesudah mengalami pelapisan dibandingkan sebelumnya.
Karena itu, tujuan pelapisan logam tidak luput dari tiga hal, yaitu untuk meningkatkan sifat teknis/mekanis dari suatu logam, yang kedua melindungi logam dari korosi, dan ketiga memperindah tampilan (decorative)
Prinsip Dasar Electroplating
Kita mengenal istilah anoda, katoda, larutan elektrolit. Ketiga istilah tersebut digunakan seluruh literatur yang berhubungan dengan pelapisan material khususnya logam dan diilustrasikan seperti pada Gambar 1.

• Anoda adalah terminal positif, dihubungkan dengan kutub positif dari sumber arus listrik. Anoda dalam larutan elektrolit ada yang larut dan ada yang tidak. Anoda yang tidak larut berfungsi sebagai penghantar arus listrik saja., sedangkan anoda yang larut berfungsi selain penghantar arus listrik, juga sebagai bahan baku pelapis.

• Katoda dapat diartikan sebagai benda kerja yang akan dilapisi, dihubungkan dengan kutub negatif dari sumber arus listrik.

• Elektrolit berupa larutan  yang molekulnya dapat larut dalam air dan terurai menjadi partikel-partikel yang bermuatan positf atau negatif.

Karena electroplating adalah suatu proses yang menghasilkan lapisan tipis logam di atas permukaan logam lainnya dengan cara elektrolisis, maka perlu kita ketahui skema proses electroplating tersebut.
Skema Proses Electroplating
Perpindahan ion logam dengan bantuan arus listrik melalui larutan elektrolit sehinnga ion logam mengendap pada benda padat yang akan dilapisi. Ion logam diperoleh dari elektrolit maupun berasal dari pelarutan anoda logam di dalam elektrolit. Pengendapan terjadi pada benda kerja yang berlaku sebagai katoda.

Gambar 2. Skema proses electroplating
Reaksi kimia yang terjadi pada proses electroplating seperti yang terlihat pada Gambar 2. Dapat dijelaskan sebagai berikut
Pada KATODA
Pembentukan lapisan Nikel
Ni²⁺ _(aq)­ + 2e­­­­^- →Ni _(s)
Pembentukan gas Hidrogen
2H⁺ _(aq)­ + 2e­­­­^- →H_{2 (g)}
Reduksi oksigen terlarut
½ O_{2 (g)} + 2H ⁺ →H₂O _(l)
Pada ANODA
Pembentukan gas oksigen
H₂O _(l) →4H ⁺ _(aq) + O_{2 (g)} + 4e­­­­^-
Oksidasi gas Hidrogen
H_{2 (g)} →2H⁺_(aq) +  2e^-
Mekanisme terjadinya pelapisan logam adalah dimulai dari dikelilinginya ion-ion logam oleh molekul-molekul pelarut yang mengalami polarisai. Di dekat permukaan katoda, terbentuk daerah Electrical Double Layer (EDL) yang bertindak seperti lapisan dielektrik. Adanya lapisan EDL memberi beban tambahan bagi ion-ion untuk menembusnya. Dengan gaya dorong beda potensial listrik dan dibantu oleh reaski-reaksi kimia, ion-ion logam akan menuju permukaan katoda dan menangkap electron dari katoda, sambil mendeposisikan diri di permukaan katoda. Dalam kondisi equilibrium, setelah ion-ion mengalami discharge menjadi atom-atom kemudian akan menempatkan diri pada permukaan katoda dengan mula-mula menyesuaikan mengikuti susunan atom dari material katoda.
Demikianlah secara ringkas mekanisme pelapisan logam, pada artikel berikutnya akan dibahas lebih dalam lagi tentang proses chrome plating dan pelapisan  lainnya.
Referensi :

1. Suhdi, Dasar-dasar Teori, draft thesis ITB 2009
2. Satoto Indrawan, Menjdai Pengusaha Electroplating Chrome, ANDI 2007. Yogyakarta
3. http://en.wikipedia.org/wiki/Electroplating
4. www.google.com

Dasar Teori Elektroplating

Ditulis oleh Suparni Setyowati Rahayu pada 24-07-2009

Elektroplating dibuat dengan jalan mengalirkan arus listrik melalui larutan antara logam atau material lain yang konduktif. Dua buah plat logam merupakan anoda dan katoda dihubungkan pada kutub positif dan negatif terminal sumber arus searah (DC). Logam yang terhubung dengan kutub positif disebut anoda dan yang terhubung dengan kutub negatif disebut katoda. Ketika sumber tegangan digunakan pada elektrolit, maka kutub positif mengeluarkan ion bergerak dalam larutan menuju katoda dan disebut sebagai kation. Kutub negatif juga mengeluarkan ion, bergerak menuju anoda
dan disebut sebagai anion. Larutannya disebut elektrolit.
Hubungan antara voltase dalam elektrolit dan kekuatan arus listrik yang mengalir ditunjukkan oleh hukum Ohm yaitu :

Besarnya listrik yang mengalir yang dinyatakan dengan Coulomb adalah sama dengan arus listrik dikalikan dengan waktu. Dalam pemakaian secara umum atau dalam pemakaian elektroplating satuannya adalah ampere-jam (Ampere-hour) yang besarnya 3600 coulomb, yaitu sama dengan listrik yang mengalir ketika arus listrik sebesar 1 ampere mengalir selama 1 jam.

Michael Faraday pada tahun 1833 menetapkan hubungan antara kelistrikan dan ilmu kimia pada semua reaksi elektrokimia. Dua hukum Faraday ini adalah :
1. Hukum I : Jumlah dari tiap elemen atau grup dari elemen-elemen yang dibebaskan pada kedua anoda dan katoda selama elektrolisa sebanding dengan jumlah listrik yang mengalir dalam larutan.
2. Hukum II : Jumlah dari arus listrik bebas sama dengan jumlah ion atau jumlah substansi ion yang dibebaskan dengan memberikan sejumlah arus listrik adalah sebanding dengan berat ekivalennya.
Hukum I membuktikan terdapat hubungan antara reaksi kimia dan jumlah total listrik yang melalui elektrolit. Menurut Faraday, arus 1 Ampere mengalir selama 96.496 detik ( 26,8 jam) membebaskan 1,008 gram hidrogen dan 35,437 gram khlor dari larutan asam khlorida encer. Seperti hasil yang ditunjukkan bahwa 96.496 coulomb arus listrik membebaskan satu satuan berat ekivalen ion positif dan negatif. Oleh sebab itu 96.496 coulomb atau kira-kira 96.500 coulomb yang disebut 1 Faraday sebanding dengan berat 1 elektrokimia. Untuk menentukan logam yang terdeposisi dengan arus dan waktu dapat ditentukan :

Langkah selanjutnya adalah mengalikan bilangan Faraday dengan bilangan gram yang diendapkan oleh 1 Faraday (gram ekivalen), maka persamaannya menjadi:

Untuk menentukan tebal pelapisan yang terjadi perlu diketahui berat jenis dari logam yang terlapis pada katoda. Hubungan berat jenis dengan harga-harga yang lainnya adalah sebagai berikut :

Efisiensi plating pada umumnya dinyatakan sebagai efisiensi arus anoda maupun katoda. Efisiensi katoda yaitu arus yang digunakan untuk pengendapan logam pada katoda dibandingkan dengan total arus masuk. Arus yang tidak dipakai untuk pengendapan digunakan untuk penguraian air membentuk gas hidrogen, hilang menjadi panas atau pengendapan logam-logam lain sebagai impuritas yang tak diinginkan. Efisiensi anoda yaitu perbandingan antara jumlah logam yang terlarut dalam elektrolit dibanding dengan jumlah teoritis yang dapat larut menurut Hukum Faraday.Kondisi plating yang baik bila diperoleh efisiensi katoda sama dengan efisiensi anoda, sehingga konsentrasi larutan bila menggunakan anoda aktif akan selalu tetap.

Efisiensi arus katoda sering dipakai sebagai pedoman menilai apakah semua arus yang masuk digunakan untuk mengendapkan ion logam pada katoda sehingga didapat efisisensi plating sebesar 100 % ataukah lebih kecil. Adanya kebocoran arus listrik, larutan yang tidak homogen dan elektrolisis air merupakan beberapa penyebab rendahnya efisiensi.
Elektrolisis air merupakan reaksi samping yang menghasilkan gas hidrogen pada katoda dan gas oksigen pada anoda.Reaksi elektrolisis air dapat dituliskan sebagai berikut :

Secara praktis efisiensi plating dinyatakan sebagai perbandingan berat nyata terhadap berat teoritis endapan pada katoda.
Apabila logam dimasukkan pada larutan yang mengandung ionnya sendiri akan menimbulkan beda potensial antara logam tersebut dengan larutan. Beda potensial ini disebabkan karena atom dari logam untuk menjadikan satu atau lebih muatan negatif dan lepas ke dalam larutan dalam bentuk ion.
Pada saat yang bersamaan terjadi reaksi kebalikan dalam larutan. Dua reaksi yang berlawanan tersebut berlangsung pada kecepatan yang tidak sama, maka potensial ini akan diatur oleh permukaan logam dan elekrolit yang berhubungan dengan permukaan logam. Akhirnya kondisi setimbang tercapai dimana ionisasi dan pelepasan berlangsung tepat pada kecepatan yang sama. Kesetimbangan ini disebut dengan potensial kesetimbangan atau potensial bolak-balik pada partikel logam pada laruan yang dipergunakan.

Potensial elektroda standar berdasarkan skala hidrogen, dimana semua logam-logam sebelum hidrogen pada skala hidrogen mampu menggantikan hidrogen dari larutan yang mengandung ion hidrogen, dan logam-logam setelah hidrogen pada skala hidrogen biasanya tidak dapat menggantikan hidrogen secara langsung. Berikut ini adalah skala hidrogen :

Logam seng, timah hitam dan timah putih dinamakan logam dasar karena mudah larut di dalam asam dan ditunjukkan oleh tanda potensial negatif, sedangkan kebalikan dari ketiga logam diatas adalah logam mulia seperi tembaga, perak dan emas ditunjukkan oleh tanda potensial positif.
PELAPISAN TEMBAGA
Dalam pelapisan tembaga digunakan bermacam-macan larutan elektrolit, yaitu :
1.      Larutan asam
2.     Larutan sianida
3.     Larutan fluoborat
4.     Larutan pyrophosphat
Diantara empat macam larutan di atas yang paling banyak digunakan adalah larutan asam dan larutan sianida
PELAPISAN TIMAH PUTIH
Pelapisan timah putih pada besi dengan cara listrik (elektroplating) sudah sangat lama dilakukan untuk kaleng-kaleng makanan, minuman dan sebagainya. Pelapisan secara listrik pada umumnya sudah menggantikan pelapisan secara celup panas, karena pelapisan secara celup panas menghasilkan lapisan yang tebal dan kurang merata (kurang halus) sedangkan pelapisan secara listrik dapat menghasilkan lapisan yang tipis dan lebih merata/halus. Dengan keuntungan tersebut pada saat ini lebih banyak industri yang melakukan pelapisan timah putih secara listrik dari pada secara celup panas (Hot Dip Galvanizing)..
PELAPISAN SENG
Seng sudah lama dikenal sebagai pelapis besi yang tahan korosi, murah harganya, dan mempunyai tampak permukaan yang cukup baik. Pelapisan senga pada besi dilaksanakan dengan beberapa cara seperti galvanizing, sherardizing, atau metal spraying. Namun pelapisan secara listrik (elektroplating) lebih disukai karena mempunyai beberapa keuntungan bila dibandingkan dengan cara-cara pelapisan yang lain, diantaranya :
a.      Lapisan lebih merata
b.     Daya rekat lapisan lebih baik
c.      Tampak permukaan lebih baik
Karena beberapa keuntungan itulah maka lebih banyak dilaksanakan pelapisan secara listrik daripada cara-cara lainnya. Pelapisan seng secara listrik kadang juga disebut elektro-galvanizing. Larutan elektrolit yang sering digunakan ada dua macam yaitu larutan asam dan larutan sianida. Bila kedua larutan tersebut dibandingkan maka permukaan lapisan hasil dari penggunaan larutan sianida adalah lebih baik jika dibandingkan dengan larutan asam. Namun larutan asam digunakan bila dikehendaki kecepatan pelapisan yang tinggi dan biaya yang lebih murah.
Larutan lain yang sering digunakan pada pelapisan adalah larutan alkali zincat dan larutan pyrophosphat.
PELAPISAN NIKEL
Pada saat ini, pelapisan nikel pada besi banyak sekali dilaksanakan baik untuk tujuan pencegahan karat ataupun untuk menambah keindahan. Dengan hasil lapisannya yang mengkilap maka dari segi ini nikel adalah yang paling banyak diinginkan untuk melapis permukaan. Dalam pelapisan nikel selain dikenal lapisan mengkilap, terdapat juga jenis pelapisan yang buram hasilnya. Akan tetapi tampak permukaan yang buram inipun dapat juga digosok hingga halus dan mengkilap. Jenis lain dari pelapisan nikel adalah pelapisan yang berwarna hitam. Warna hitam inipun tampak menarik dan digunakan biasanya untuk melapis laras senapan dan lainnya.
PELAPISAN KHROM
Selain nikel, maka pelapisan khrom banyak dilaksanakan untuk mendapatkan permukaan yang menarik.  Karena sifat khas khrom yang sangat tahan karat maka pelapisan khrom mempunyai kelebihaan tersendiri bila dibandingkan dengan pelapisan lainnya. Selain sifat dekoratif dan atraktif dari pelapisan khrom, keuntungan lain dari pelapisan khrom adalah dapat dicapainya hasil pelapisan yang keras. Sumber logam khrom didapat dari asam khrom, tapi dalam perdagangan yang tersedia adalah khrom oksida (Cr O₃) sehingga terdapatnya asam khrom adalah pada waktu khrom oksida bercampur dengan air

Pengerjaan Lapis Listrik

Pemilihan Jenis Pelapis
Di dalam proses lapis listrik, logam-logam yang umumnya digunakan untuk pelapis antara lain adalah : kadmium, khrom,tembaga, emas, perak, timbal, nikel dan seng, sedangkan logam paduan yang digunakan antara lain adalah kuningan dan perunggu.

Lapis Logam Mulia
Logam-logam pelapis yang termasuk dalam golongan ini adalah logam yang betul-betul melindungi. Logam ini lebih bersifat katodik daripada logam yang dilindungi. Sebagian besar dari logam pelindung termasuk ke dalam golongan ini.

Lapis Logam Korban
Logam-logam pelapis yang termasuk dalam golongan ini adalah logam-logam yang lebih anodik dari logam yang dilindungi, sehingga logam pelindung ini akan rusak lebih dahulu, contoh:seng.

Untuk mendapatkan perlindungan yang baik, pemilihan jenis pelapis perlu dilakukan secara hati-hati. Hal-hal penting yang perlu di jadikan dasar pertimbangam adalah :
Tujuan Melapisi
Tujuan melapisi dapat dibagi menjadi 3 kelompok.Kelompok 1.: Hanya untuk menambah daya tahan terhadap korosi.Contoh : lapis seng pada kawat baja untuk jalur komunikasi.

Kelompok 2.: Untuk mendapatkan permukaan yang tahan korosi dan sifat tertentu yang tidak dimiliki oleh logam yang akan dilapisi.Contoh : lapis nikel & khrom pada relay tilpun, dimana selainuntuk melindungi logam dasarnya dari korosi juga diharapkan akan memperbaiki sifat tahan aus.(wear resistance).

Kelompok 3.: Hanya untuk mendapatkan sifat tertentu.
Contoh : lapis khrom pada silinder dan bagian lain dari mesin pembakaran, dimaksudkan untuk 91 memperbaiki sifat tahan aus dan lubrikasi dari permukaannya.

Fungsi dari benda yang dilapisi
Sebelum menentukan jenis pelapis yang akan digunakan,terlebih dahulu perlu diketahui fungsi dari benda yang akan dilapisi tersebut. Ada beberapa faktor yang perlu mendapat perhatian, antara lain :
a.Faktor Lingkungan Logam pelapis harus disesuaikan dengan lingkungan dimana benda yang akan dilapisi tersebut berada
b.Umur pelayanan (service life).Pemilihan logam pelapis juga harus disesuaikan dengan umur pelayanan dari benda yang akan dilapisi.
c.Logam dasar yang akan dilapisi.Suasana pelapisan (kondisi elektrolit) harus sesuai dengan benda yang akan dilapisi.Bentuk dan ukuran dari benda yang akan dilapisi. Disain bak,rak dan anoda yang digunakan untuk pelapisan harus sesuai dengan bentuk ukuran dari benda yang akan dilapisi.

Proses Elektroplating Tembaga-Nikel-Khrom

Proses pelapisan tembaga-nikel-khrom terhadap logam ferro atau kuningan sebagai logam yang dilapis adalah satu cara untuk melindungi logam terhadap serangan korosi dan untuk mendapatkan sifat dekoratif. Cara pelapisan tembaga-nikel-khrom dengan metode elektroplating adalah sebagai berikut:Pelapisan menggunakan arus searah. Cara kerjanya mirip dengan elektrolisa, dimana logam pelapis bertindak sebagai anoda,sedangkan logam dasarnya sebagai katoda. Cara terakhir ini yang disertai dengan perlakuan awal terhadap benda kerja yang baik mempunyai berbagai keuntungan dibandingkan dengan cara-cara yang lain. Keuntungan-keuntungan tersebut antara lain :
a. Lapisan relatif tipis.
b. Ketebalan dapat dikontrol.
c. Permukaan lapisan lebih halus.
d. Hemat dilihat dari pemakaian logam khrom.
Pengerjaan elektroplating tembaga-nikel-khrom pada dasarnya terbagi atas tiga proses yaitu perlakuan awal, proses pelapisan dan proses pengolahan akhir hasil elektroplating.Proses elektroplating ini terdapat tiga jenis proses pelapisan yaitu yang pertama adalah pelapisan logam dengan Tembaga, lalu dilanjutkan dengan pelapisan Nikel dan yang terakhir benda dilapis dengan Khrom.
Pelapisan Tembaga
Tembaga atau Cuprum (Cu) merupakan logam yang banyak sekali digunakan, karena mempunyai sifat hantaran arus dan panas yang baik. Tembaga digunakan untuk pelapisan dasar karena dapat menutup permukaan bahan yang dilapis dengan baik. Pelapisan dasar tembaga dipelukan untuk pelapisan lanjut dengan nikel yang kemudian yang kemudian dilakukan pelapisan akhir khrom.

Aplikasi yang paling penting dari pelapisan tembaga adalah sebagai suatu lapisan dasar pada pelapisan baja sebelum dilapisi tembaga dari larutan asam yang biasanya diikuti pelapisan nikel dan khrom. Tembaga digunakan sebagai suatu lapisan awal untuk mendapatkan pelekatan yang bagus dan melindungi baja dari serangan keasaman larutan tembaga sulfat. Alasan pemilihan plating tembaga untuk aplikasi ini karena sifat penutupan lapisan yang bagus dan daya tembus yang tinggi.
Sifat-sifat Fisika Tembaga
1.Logam berwarna kemerah-merahan dan berkilauan
2.Dapat ditempa, dibengkokan dan merupakan penghantar panas dan listrik
3.Titik leleh : 1.0830C, titik didih : 2.3010C
4.Berat jenis tembaga sekitar 8,92 gr/cm3
Sifat-sifat Kimia Tembaga
1.Dalam udara kering sukar teroksidasi, akan tetapi jika dipanaskan akan membentuk oksida tembaga (CuO)
2.Dalam udara lembab akan diubah menjadi senyawa karbonat atau karat basa, menurut reaksi : 2Cu + O2 + CO2 + H2O → (CuOH)2 CO3
3.Tidak dapat bereaksi dengan larutan HCl encer maupun H2SO4encer
4.Dapat bereaksi dengan H2SO4 pekat maupun HNO3 encer dan pekat
Cu + H2SO4 → CuSO4 +2H2O + SO2 Cu + 4HNO3 pekat → Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2 3Cu + 8HNO3 encer → 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO
5.Pada umumnya lapisan Tembaga adalah lapisan dasar yang harus dilapisi lagi dengan Nikel atau Khrom. Pada prinsipnya ini merupakan proses pengendapan logam secara elektrokimia,digunakan listrik arus searah (DC). Jenis elektrolit yang digunakan adalah tipe alkali dan tipe asam. Untuk tipe alkali komposisi larutan dan kondisi operasi dapat dilihat pada tabel 2.3.


Larutan Strike menghasilkan lapisan yang sangat tipis. Larutan strike dapat pula dipakai sebagai pembersih dengan pencelupan pada larutan sianida yang ditandai dengan keluarnya gas yang banyak pada benda kerja sehingga kotoran-kotoran yang menempel akan mengelupas. Larutan ini terutama digunakan pada komponen-komponen dari baja sebagai lapisan dasar, untuk selanjutnya dilakukan pelapisan tembaga dengan logam lain.

Formula kecepatan tinggi atau efisiensi tinggi digunakan untuk plating tembaga tebal, smentara proses Rochelle digunakan untuk menghasilkan pelapisan yang bersifat antara strike dan kecepatan tinggi. Garam-garam Rochelle tidak terdekomposisi dan hanya berkurang melalui drag-out yaitu terikutnya larutan pada benda kerja pada saat pengambilan dari tanki tinggi disbanding larutan strike sebab kerapatan arus katoda dan efisiensi penting dalam kecepatan plating. Larutan Rochelle dan kecepatan tinggi dapat dioperasikan pada temperatur relatif tinggi.Komposisi larutan dan kondisi operasi untuk pelapisan tembaga asam dapat dilihat pada tabel 2.4.
Proses “Pengolahan Awal” adalah proses persiapan permukaan dari benda kerja yang akan mengalami proses pelapisan logam.Pada umumnya proses pelapisan logam itu mempunyai dua tujuan pokok adalah sifat dekorasi, sifat ini untuk mendapatkan tampak rupa yang lebih baik dari benda asalnya, dan aplikasi teknologi, sifat ini misalnya untuk mendapatkan ketahanan korosinya, mampu solder, kekerasan, sifat listrik dan lain sebagainya.Keberhasilan proses pengolahan awal ini sangat menentukan kualitas hasil pelapisan logam, baik dengan cara listrik, kimia maupu dengan cara mekanis lainnya.
Proses pengolahan awal yang akan mengalami proses pelapisan logam pada umumnya meliputi proses-proses pembersihan dari segala macam pengotor (cleaning proses) dan juga termasuk proses-proses pada olah permukaan seperti poleshing, buffing,dan proses persiapan permukaan yang lainnya.Untuk mendapatkan daya lekat pelapisan logam (adhesi) dan fisik permukaan benda kerja yang baik dari suatu lapisan logam, maka perlu diperhatikan cara olah permukaan dan proses pembersihan permukaan. Ketidaksempurnaan kedua hal tersebut di atas dapat menyebabkan adanya garisan-garisan pada benda kerja dan pengelupasan hasil pelapisan logam.

Pelapisan Logam di Industri

Setiap tahun, korosi yang terjadi diberbagai lingkungan menyebabkan kerusakan yang memakan biaya cukup besar. Untuk menanggulangi bahaya korosi, yang berarti juga memperkecil kerugian, perlu dicari cara-cara untuk melindungi logam yang mudah terkorosi.Salah satu cara perlindungan yang patut diketengahkan adalah memberikan suatu lapisan logam tertentu sebagai lapis pelindung.Ada bermacam-macam cara untuk memberikan logam pelapis pada logam yang akan dilindungi. Salah satu diantaranya adalah proses lapis listrik (electroplating).

Lapis listrik menawarkan jasanya untuk memberikan suatu perlindungan dengan menggunakan logam-logam tertentu sebagai lapis pelindung, misalnya : nikel, khrom, seng, timah dan lain-lain.Banyak orang yang tidak terjun langsung dalam industri lapis listrik mengira bahwa lapis listrik hanya untuk menbuat benda-benda tampak lebih menarik. Pada kenyataannya peranan lapis listrik jauh lebih luas lagi. Peranan utamanya adalah melindungi logam yang dilapisi dari bahaya korosi. Disamping itu peranan penting lainnya ialah dapat menambah daya tahan terhadap gesekan, memperbaiki sifat konduktivitas, memudahkan penyolderan, menambah kekerasan dan lain-lain. Sehingga memungkinkan para perancang dan ahli teknik untuk mendapatkan kombinasi sifat-sifat dari permukaan benda yang dilapisi dan logam pelapisnya.
Konsep Dasar
Lapis listrik adalah suatu proses pengendapan/deposisi suatu logam pelindung yang dikehendaki diatas logam lain dengan cara elektrolisa. Biasanya elektrolisa dilakukan dalam suatu bejana yang disebut sel elektrolisa yang berisi cairan elektrolit/rendaman (bath). Pada rendaman ini tercelup paling tidak dua elektroda.Masing-masing elektroda dihubungkan dengan arus listrik, terbagi menjadi kutub positif (+) dan negatif (-) dikenal sebagai anoda (+) dan katoda (-).

Selama proses lapis listrik berlangsung terjadi reaksi kimia pada daerah elektroda/elektrolit; baik reaksi reduksi maupun oksidasi.Karena pada proses lapis listrik reaksi diharapkan berjalan terus menerus menuju arah tertentu secara tetap, maka hal yang paling penting dalam proses ini adalah mengoperasikan proses ini dengan menggunakan arus searah.Dari uraian terdahulu dapat dikatakan bahwa ada 4 bagian yang utama (penting) dari suatu sistem lapis listrik. Keempat bagian yang harus ada didalam suatu unit lapis listrik adalah :
a.Larutan elektrolit (rendaman)
b.Anoda
c.Katoda (benda kerja)
d.Sirkuit luar
Rendaman/Larutan Elektrolit
Setiap larutan elektrolit yang dijadakan rendaman tempat proses lapis listrik berlangsung harus mengandung bahan-bahan terlarut yang sekurang-kurangnya memiliki satu dari fungsi berikut ini :
a. Menyediakan sumber logam yang akan diendapkan
b. Membentuk kompleks dengan ion logam yang akan diendapkan
c. Konduktif
d. Dapat menstabilkan larutan dari hidrolisa
e. Bertindak sebagai buffer
f. Memodifikasi atau mengatur bentuk fisik dari endapan
g. Membantu pelarutan anoda.Adapun rendaman yang digunakan dalam proses lapis listrik dapat bersifat asam maupun basa.
Rendaman Asam Dengan Garam Sederhana
Biasanya rendaman selalu rengandung garam dari logam yang akan diendapkan/dilapiskan. Sebaiknya dipilih garamgaram yang mudah larut namun anion dari garam tersebut tidak mudah tereduksi. Walaupun anion tidak ikut secara langsung dalam proses terjadinya pelapisan, tetapi jika menempel pada permukaan katoda akan merupakan gangguan bagi struktur endapan.Aktivitas dari ion logam ditentukan oleh konsentrasi dari garam logamnya, derajat disosiasi dan konsentrasi komponen lain yang ada di dalam rendaman. Jika konsentrasi logamnya tidak mencukupi untuk diendapkan, akan terbentuk endapan yang terbakar pada rapat arus yang relative rendah.

Adanya ion khlorida di dalam rendaman yang bersifat asam mempunyai dua (2) fungsi utama, pertama akan memudahkan terkorosinya anoda atau mencegah pasivasi anoda dan yang kedua akan menaikkan koefisien difusi dari ion logamnya berarti menaikkan batas rapat arus (limiting current density).
Rendaman yang Mengandung Garam Kompleks
Garam kompleks yang sering digunakan dalam proses lapis listrik adalah Sianida. Karena siano kompleks terdekomposisi oleh asam, maka rendaman harus bersifat alkali (basa).Adanya natrium atau kalium hidroksida akan memperbaiki konduktivitas dan mencegah liberasi dari asam hidrosianat oleh CO2 yang masuk ke dalam rendaman dari udara.
Buffer (penyangga) dan komponen lainnya
Disamping garam logamnya sebagai komponen utama,rendaman juga mengandung komponen lain, misalnya komponen yang berfungsi sebagai penyangga (mengatur pH);misal untuk rendaman nikel digunakan asam borat sebagai buffer.85 Sedangkan penambahan asam sulfat pada rendaman tertentu akan menaikkan konduktivitas dan mencegah hidrolisa.
Bahan Imbuh (Addition Agent)
Untuk mendapatkan hasil pelapisan yang baik (mengkilap,rata) diperlukan adanya komponen-komponen lain yang ditambahkan kedalam rendaman. Diantaranya adalah “Wetting agent”,levellers dan bahan pengkilap (brightener).
Anoda
Anoda yang digunakan dalam proses lapis listrik harus dapat mengalirkan arus listrik dari luar kedalam larutan/rendaman dan juga harus berfungsi sebagai pengisi kekurangan logam didalam larutan karena mengendap pada permukaan katoda.Anoda dapat berbentuk lempengan logam yang masif atau dapat juga berbentuk bola atau potongan-potongan kecil.
Ada dua jenis anoda, yaitu anoda yang terbuat dari logam yang akan diendapkan,dikenal dengan nama anoda terlarut dan satu lagi adalah anoda yang terbuat dari logam lain yang tidak larut dalam rendaman, dikenal dengan nama anoda inert.Ada keuntungan dan kerugiannya masing-masing bila menggunakan jenis anoda tersebut.
Keuntungan bila kita menggunakan anoda terlarut antara lain adalah larutan/rendaman dapat dikatakan memiliki kandungan 87 logam yang konstan, penambahan garam logamnya tidak perlu dilakukan. Sedangkan ke rugiannya menggunakan anoda terlarut adalah seringkali ada pengotor yang ikut terlarut dan kadangkadang juga ada bahan-bahan yang tidak larut yang akan mengotori rendaman, disamping itu perlu dilakukan kontrol apakah anoda tetap aktif dan tidak membentuk film tipis yang akan menyebabkan anoda menjadi pasif.
Keuntungan menggunakan anoda inert adalah tidak perlu mengganti anoda (karena tidak akan habis) jadi sekali dipasang dapat digunakan selamanya; namun demikian ada juga kerugiannya yaitu, logam didalam rendaman lama kelamaan akan habis mengendap dibawa, sehingga analisa larutan dan penambahan bahan kimia kedalam larutan harus kerapkali dilakukan.
Katoda
Katoda atau benda kerja dapat memiliki bermacam bentuk dan dapat terbuat dari beraneka logam yang penting katoda harus bersifat konduktor sehingga proses lapis listrik dapat berlangsung dan logam
dapat menempel pada katoda (benda kerja).Bila benda kerja tidak bersifat konduktor, dapat dilakukan pengerjaan awal yang membuat benda kerja siap menjadi katoda dalam proses lapis listrik.
Sirkuit Luar
Sirkuit (rangkaian) listrik di luar sistem lapis listrik biasanya terdiri dari sumber arus dan peralatan lain yang dapat menyearahkan arus bila sumber arus memberikan arus bolak-balik.

KOROSI

Pernahkah kalian melihat tumpukan kaleng bekas? Apa yang terjadi pada kaleng-kaleng tersebut jika dibiarkan di tempat terbuka? Pasti kaleng tersebut akan berkarat. Ini berarti kaleng mengalami korosi.
Korosi adalah reaksi redoks antara suatu logam dengan senyawa lain yang terdapat di lingkungannya (misal air dan udara) dan menghasilkan senyawa yang tidak dikehendaki. Peristiwa korosi kita kenal dengan istilah perkaratan. Korosi ini telah mengakibatkan kerugian bermilyar rupiah setiap tahunnya. Biasanya logam yang paling banyak mengalami korosi adalah besi. Korosi terjadi melalui reaksi redoks, di mana logam mengalami oksidasi, sedangkan oksigen mengalami reduksi. Karat logam umumnya berupa oksida atau karbonat. Karat pada besi berupa zat yang berwarna cokelat-merah dengan rumus kimia Fe2O3·xH2O. Oksida besi (karat) dapat mengelupas, sehingga secara bertahap permukaan yang baru terbuka itu mengalami korosi. Berbeda dengan aluminium, hasil korosi berupa Al2O3 membentuk lapisan yang melindungi lapisan logam dari korosi selanjutnya. Hal ini dapat menerangkan mengapa panic dari besi lebih cepat rusak jika dibiarkan, sedangkan panci dari aluminium lebih awet. Korosi secara keseluruhan merupakan proses elektrokimia. Pada korosi besi, bagian tertentu dari besi sebagai anode, di mana besi mengalami oksidasi. Fe(s) à Fe2+(aq) + 2e– Elektron yang dibebaskan dalam oksidasi akan mengalir ke bagian lain untuk mereduksi oksigen. O2(g) + 2 H2O(l) + 4e– à 4 OH–(l) Ion besi(II) yang terbentuk pada anode akan teroksidasi membentuk besi(III) yang kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi Fe2O3·xH2O yang disebut karat.
1. Faktor-faktor penyebab korosi besi Penyebab utama korosi besi adalah oksigen dan air. Proses korosi pada besi dapat dilihat pada Gambar 3.7. 2. Tehnik pencegahan korosi besi Korosi pada besi menimbulkan banyak kerugian, karena barang-barang atau bangunan yang menggunakan besi menjadi tidak awet.
Korosi pada besi dapat dicegah dengan membuat besi menjadi baja tahan karat (stainless steel), namun proses ini membutuhkan biaya yang mahal, sehingga tidak sesuai dengan kebanyakan pengunaan besi Cara pencegahan korosi pada besi dapat dilakukan sebagai berikut:
a. Pengecatan Fungsi pengecatan adalah untuk melindungi besi kontak dengan air dan udara. Cat yang mengandung timbal dan seng akan lebih melindungi besi terhadap korosi. Pengecatan harus sempurna karena jika terdapat bagian yang tidak tertutup oleh cat, maka besi di bawah cat akan terkorosi. Pagar bangunan dan jembatan biasanya dilindungi dari korosi dengan pengecatan.
b. Dibalut plastik Plastik mencegah besi kontak dengan air dan udara. Peralatan rumah tangga biasanya dibalut plastik untuk menghindari korosi. c. Pelapisan dengan krom (Cromium plating) Krom memberi lapisan pelindung, sehingga besi yang dikrom akan menjadi mengkilap. Cromium plating dilakukan dengan proses elektrolisis. Krom dapat memberikan perlindungan meskipun lapisan krom tersebut ada yang rusak. Cara ini umumnya dilakukan pada kendaraan bermotor, misalnya bumper mobil. d. Pelapisan dengan timah (Tin plating ) Timah termasuk logam yang tahan karat. Kaleng kemasan dari besi umumnya dilapisi dengan timah. Proses pelapisan dilakukan secara elektrolisis atau elektroplating. Lapisan timah akan melindungi besi selama lapisan itu masih utuh. Apabila terdapat goresan, maka timah justru mempercepat proses korosi karena potensial elektrode besi lebih positif dari timah. e. Pelapisan dengan seng (Galvanisasi) Seng dapat melindungi besi meskipun lapisannya ada yang rusak. Hal ini karena potensial elektrode besi lebih negative daripada seng, maka besi yang kontak dengan seng akan membentuk sel elektrokimia dengan besi sebagai katode. Sehingga seng akan mengalami oksidasi, sedangkan besi akan terlindungi.
f. Pengorbanan anode (Sacrificial Anode) Perbaikan pipa bawah tanah yang terkorosi mungkin memerlukan perbaikan yang mahal biayanya. Hal ini dapat diatasi dengan teknik sacrificial anode, yaitu dengan cara menanamkan logam magnesium kemudian dihubungkan ke pipa besi melalui sebuah kawat. Logam magnesium itu akan berkarat, sedangkan besi tidak karena magnesium merupakan logam yang aktif (lebih mudah berkarat).

Proses Kerja Mesin

Seperti kita ketahui bahwa mesin mobil (bensin/diesel)merupakan Reciprocating Engine yaitu mesin yang cara kerjanya berdasarkan pada turun–naiknya piston untuk menghasilkan tenaga. Pengubahan bahan bakar menjadi tenaga dilakukan melalui proses pembakaran, oleh karena itu mesin ini disebut dengan motor bakar.

Dalam sejarah pengembangannya kita mengenal 2 macam motor bakar, yaitu :

1)      Motor atau mesin bakar luar (External Combustion Chamber) yaitu mesin atau motor yang proses pembakaranya terjadi diluar mesinnya, contohnya :

a)      Mesin Uap

b)      Turbin Uap

2)      Motor atau mesin bahan bakar dalam (Internal Combustion Camber), yaitu mesin atau motor yang proses pembakaranya terjadi didalam mesinnya sendiri, contohnya :

a)      Mesin Diesel

b)      Mesin Bensin

Ada 3 kondisi (syarat) yang harus dipenuhi oleh suatu mesin agar dapat hidup atau berputar, yaitu:

1)      Adanya campuran bahan bakar dan udara yang sesuai.

2)      Adanya tekanan kompresi yang cukup (memadai).

3)      Adanya pengapian yang tepat.

Dalam proses perubahan dari bahan bakar menjadi tenaga, terdapat 2 cara proses kerja mesin yaitu : proses 4 langkah dan proses 2 langkah..

1.       Motor 4 langkah (4 Stroke Engine)

Dalam proses kerjanya untuk menghasilkan 1(satu) usaha/tenaga memerlukan 4 kali langkah piston yaitu : langkah hisap (intake stroke), langkah kompresi compression stroke), langkah usaha (expansion stroke), dan langkah buang (exhaust stroke).

2.       Motor 2 Langkah (2 Stroke Engine)

Dalam proses kerjanya untuk menghasilkan 1 (satu) usaha/tenaga memerlukan 2 kali langkah piston.

 Siklus Kerja Mesin 4 Langkah (lihat animasi diatas)

1)      Langkah hisap (1)

Pada langkah ini intake valve terbuka dan exhaust valve tertutup. Piston bergerak dari TMA (Titik Mati Atas) → TMB (Titik Mati Bawah) sehingga campuran bahan baker dan udara masuk kedalam ruang bakar. Sesaat sebelum piston mencapai TMB, intake valve mulai tertutup.

2)      Langkah kompresi (2)

Pada langkah ini kedua valve dalam keadaan tertutup. Piston bergerak dari TMB → TMA sehingga gas yang sebelumnya telah dihisap, terkompresi sehingga tekanan dan temperaturnya naik.

3)      Langkah Usaha (3)

Beberapa derajat sebelum piston mencapai TMA, busi (spark plug) mengeluarkan loncatan bunga api listrik sehingga gas yang telah terkompresikan akan terbakar dan meledak sehingga piston akan terdesak menuju TMB. Inilah saat dimana hasil pembakaran akan diubah menjadi tenaga putar pada crankshaft melalui connecting rod. Sesaat sebelum piston mencapai TMB, exhaust valve mulai terbuka.

4)      Langkah buang (4)

Pada langkah ini intake valve tertutup dan exhaust valve terbuka. Piston bergerak dari TMB → TMA. Gas hasil pembakaran terdorong keluar melalui exhaust manifold. Sesaat piston mencapai TMA, exhaust valve mulai tertutup dan intake valve mulai terbuka. Pada saat inilah yang disebut dengan over lapping dimana kedua valve akan terbuka secara bersamaan.

Spesifikasi Mesin (Berdasarkan Susunan Silinder)

In-line (Straight  Type)

Silinder-silinder disusun dalam satu baris, tipe ini banyak digunakan karena konstruksinya sederhana.

V Type

Blok silinder berbentuk V (V-Shape). Ciri mesin ini adalah tinggi dan panjang mesin lebih sedikit dibanding jenis mesin lainnya.

Horizontally Opposed Type

Silinder-silinder disusun horizontal dan berlawanan satu sama lainnya.

 

Mekanisme Katup

Mesin 4 langkah mempunyai satu atau dua katup masuk dan katup buang pada setiap ruang bakarnya. Campuran udara-bagan bakar masuk ke silinder melalui katup masuk, dan gas bekas keluar melalui katup buang. Mekanisme yang membuka dan menutup katup-katup ini disebut dengan mekanisme katup. Berikut ini tipe mekanisme katup yang banyak dibuat oleh pabrik

Over Head Valve (OHV)

Mekanisme katup ini sederhana dan tahan lama, penenpatan chamshaft-nya pada cylinder block dibantu dengan valve lifter dan push rod antara rocker arm.

Over Head Camshaft (OHC)

Camshaft ditempatkan diatas kepala cilinder dan cam, yang langsung menggerakkan rocker arm tanpa melalui lifter dan push rod. Camshaft digerakkan oleh poros engkol melalui rantai atau tali penggerak. Jenis mesin ini sedikit lebih rumit dibandingkan dengan OHV, namun tidak menggunakan lifter dan push rod sehingga berat bagian yang bergerak menjadi berkurang. Kemampuannya pada kecepatan tinggi cukup baik, karena katup-katup membuka dan menutup lebih tetap pada kecepatan tinggi

Double Over Head Camshaft (DOHC)

Dua camshaft ditempatkan pada kepada silinder, satu untuk menggerakkan katup masuk dan yang lainnya untuk menggerakkan katup buang. Camshaft membuka dan menutup katup-katup secara langsung tanpa menggunakan rocker arm, sehingga berat komponen menjadi berkurang, proses membuka dan menutup katup menjadi lebih presisi pada putaran tinggi.

Cylinder Bore dan Piston Stroke

Mesin dapat digolongkan menjadi 3 golongan melalui perbandingan langkah piston dengan diameter lubang cylinder.

1.      Long stroke engine : yaitu yang langkah pistonnya lebih panjang dari pada diameter silinder.

2.      Square Engine : yaitu mesin yang langkah pistonnya sama dengan diamter silinder.

3.      Short Stroke : yaitu mesin yang langkah pistonnya lebih pendek dari diameter silinder

Pada kecepatan mesin yang sama (rpm sama) kecepatan piston pada square engine atauover-square engine lebih rendah

dari pada long stroke engine. Artinya, cylinder, piston dan O-Ring tingkat keausannya dapat berkurang dengan

menggunakan square engine atau over-square engine, karena itulah jenis mesin ini banyak dipakai pada mobil penumpang.

 
 Piston Displacement

Volume langkah (piston displacement) atau disingkat displacement adalah jumlah volume dari TMA ke TMB (untuk mesin yang cylindernya lebih dari satu disebut dengan total displaecment). Umumnya semankin besar displament-mua maka semakin besar pula tenaga mesinya, karena campuran udara dan bahan bakarnya lebih banyak.

  

CATATAN :

Total piston displacement dari sebuah mesin dapat dihitung sebagai berikut :

          π

V = -------- D2 x L x N

          4

    = 0.7854 x D2 x L x N

Π = perbandingan keliling lingkaran terhadap garis tengah lingkaran tersebut (=3.14159)

V = piston displament

D = diameter cylinder

L = Langkah pispon

N = Jumlah Cylinder

Perbandingan Kompresi

Perbandingan kompresi adalah seberapa banyak campuran udara bahan bakar yang dihisap dikompresikan dalam silinder selama langkah kompresi. Dengan kata lain perbandingan silinder dengan piston pada posisi TMB (V2) dengan volume ruang bakar dengan piston diposisi TMA (V1). Perhitungannya adalah sebagai berikut ;

V1 = Volume langkah

V2 = Volume langkah piston

Contoh :

V1 + V2 = 32 cc + 315 cc

---------- = ------------------ = 10.8

V1 V1

Jadi perbandingan kompresinya adalah = 10.8 : 1

Selanjutnya perbandingan kompresi yang lebih tinggi menghasilkan tekanan gas pembakaran yang lebih besar pula, dan menghasilkan output yang besar. Pada umumnya perbandingan kompresi ialah antara : 6 - 12 : 1 untuk mesin bensin, dan antara 15 - 22 : 1 untuk mesin diesel.

KETEL UAP ( EXTERNAL COMBUSTION ENGINE)

A. Pengertian ketel uap

Ketel uap adalah alat untuk menghasilkan uap, dimana
terdiri dari dua bagian yang penting, Yaitu :
1. Dapur pemanas : adalah penghasil panas yang di apat
dari pembakaran bahan bakar
2. Boiler proper: adalah alat pengubah air menjadi uap
atau fluida panas kemudian disirkulasikan dari
ketel untuk berbagi proses dalam aplikasi pemanasan

B. Macam macam boiler
1. Ketel pipa api (fire tube boiler) or (shell boiler).
Air di dalam tabung dan diluar api

2. Ketel Pipa air ( Water tube boiler)

C. Instalasi ketel uap

D. Cara kerja

Air umpan ketel dari tangki dipompakan untuk dipanaskan
awal sebelum masuk ketel uap
Dari economizer air yang sudah hangat dialirkan, selan
jutnya dipanaskan sampai menghasilkan uap jenuh (saturated
steam)
Uap jenuh dari ketel dipanaskan lanjut di pemanas
(superheater) dan menghasilkan uap panas lanjut (superheated
steam) yang siap untuk digunakan, seperti:
1. Menggerakan turbin uap (steam turbin)
2. Untuk keperluan pemrosesan (merebus, memanaskan dll
Steam generation juga dilengkapi dengan peralatan peralatan
keselamatan, seperti :
1. Pengukur level sir di ketel
2. Pengukur tekanan di ketel