Pelapisan Logam 5qq1r

Applied Electroplating

21 Juli 2009

UNIT 1 DASAR-DASAR PROSES ELEKTROPLATING

Dasar-dasar Proses Elektroplating

Page 1 of 20

I.

PENDAHULUAN Jika suatu logam dipajang (expose) kelingkungannya maka akan terjadi

interaksi antara logam dengan lingkungan. Berdasarkan teori, mekanisme interaksi akan melibatkan pertukaran ion antara permukaan logam dengan lingkunyannya. Karakteristik pertukaran ion sangat dipacu antara lain oleh adanya perbedaan potensial diantara keduanya. Hasil dari adanya pertukaran ion terhadap logam yang dipajang adalah timbulnya kerusakan pada logam serta terbentuknya produk korosi. Jadi konsep yang sangat mendasar

dalam rangka melindungi logam

adalah mengupayakan agar tidak terjadi pertukaran ion antara logam dengan lingkungannya. Kalaupun tidak bisa memutus sama sekali pertukaran ion tersebut, diupayakan agar pertukaran ion berlangsung dengan laju yang relatif rendah. Berdasarkan kriteria ini maka muncullah pengertian pengendalian, artinya pertukaran ion yang terjadi dikendalikan lajunya agar tidak berlangsung terlalu cepat. Upaya pengendalian yang lazim diterapkan dalam rangka perlindungan terhadap logam yang digunakan adalah sebagai berikut : 

Pemilihan material/logam yang tepat



Perancangan/design konstruksi yang memadai (appropriate)



Penambahan Inhibitor



Penerapan Pelapisan (Coating)



Penerapan system Proteksi Katodik dan Anodik



Pengkondisian lingkungan

Metoda perlindungan logam yang banyak digunakan dan paling mudah dilakukan serta dari aspek biaya lebih murah adalah penerapan pelapisan. Perlindungan terhadap logam dengan cara menerapkan pelapisan pada hakekatnya adalah melindungi logam dari lingkungan sehingga pertukaran ion antara permukaan logam dengan sekeliling lingkungan dapat dikendalikan. Sistem perlindungan yang memisahkan kontak antara logam dan lingkungan sangat banyak dijumpai. Lapisan pemisah ini dapat digolonbgkan sebagai berikut : -

Lapisan hasil reaksi kimia atau elektrokimia pada permukaan logam .

-

Lapisan anorganik : cat, resin, plastik, karet dan lain sebaginya.

-

Lapisan organik : enamel, semen dan lain sebagainya.

-

Lapisan logam : logam murni, logam paduan.

Dasar-dasar Proses Elektroplating

Page 2 of 20

Proses pelapisan logam sendiri dapat diklasifikasikan sebagai berikut : -

Secara Pelelehan ( celup panas/hot dip)

-

Secara Endap Vakum

-

Secara Sherardizing

-

Secara Rich Coating

-

Secara Listrik (Electroplating)

Bila dibandingkan dengan proses-proses pelapisan logam dengan cara lain, proses lapis listrik mempunyai beberapa keuntungan dan kelemahan : - Keuntungan :  Suhu/temperatur operasi rendah yaitu berkisar 60 – 700C  Ketebalan lapisan mudah dikendalikan  Permukaan halus dan mengkilap  Hemat dalam pemakaian logam pelapis - Kelemahan :  Adanya keterbatasan dalam usuran lapisan dan desain dari benda kerja yang

akan dilapis.

 Hanya bisa dilakukan dibengkel ( harus ada listrik), tidak bisa dilakukan dilapangan.  Terbatas dengan bahan yang bersifat konduktor. Dengan adanya kemajuan teknologi lapis listrik, kelemahan-kelemahan diatas dapat diatasi yaitu dengan cara lapis listrik selektif dan proses electroless. II.

PENGERTIAN PROSES LAPIS LISTRIK (ELECTROPLATING) Lapis listrik (electroplating) adalah suatu proses pengendapan zat (ion-ion

logam) pada elektroda (katoda) dengan cara elektrolisa. Terjadinya sutau endapan pada proses ini adalah karena adanya ion-ion bermuatan listrik berpindah dari suatu elektroda melelui elektrolit yang mana hasil dari elektrolisa tersebut akan mengendap pada elektroda lain (katoda). Endapan yang terjadi bersifat adhesive terhadap logam dasar. Selama proses pengendapan/deposit berlangsung terjadi reaksi kimia pada elektroda dan elektrolit baik reaksi reduksi maupun reaksi oksidasi dan diharapkan berlangsung terus menerus menuju arah tertentu secara tetap. Untuk itu diperlukan/digunakan arus listrik searah (direct current) dan tegangan yang konstan/tetap. Dasar-dasar Proses Elektroplating

Page 3 of 20

Prinsip

dasar

dari proses

lapis

listrik

adalah

berpedoman

atau

berdasarkan HUKUM FARADAY yang menyatakan : -

Jumlah zat-zat (unsur-unsur) yang terbentuk dan terbebas pada elektroda selama elektrolisa sebanding dengan jumlah arus listrik yang mengalir dalam larutan elektrolit.

-

Jumlah zat-zat (unsur-unsur) yang dihasilkan oleh arus listrik yang sama selama elektrolisa adalah sebanding dengan berat ekivalen masing-masing zat tersebut.

Pernyataan tersebut diatas dapat ditulis dengan rumus sebagai berikut :

B

I t e F

Keterangan : B = Berat zat yang terbentuk (gram) I

= Jumlah arus yang mengalir (Ampere)

t

= Waktu (detik)

e = Berat ekivalen zat yang dibebaskan (berat atom suatu unsur dibagi valensi unsur tersebut) F = Jumlah arus yang diperlukan untuk membebaskan sejumlah gram ekivalen suatu zat. 1 F = 96.500 Coloumb yaitu jumlah arus listrik yang diperlukan untuk membebaskan 1 grek suatu zat. Hukum Faraday sangat erat kaitannya dengan efisiensi arus yang terjadi pada proses pelapisan secara listrik. Effisiensi arus adalah perbandingan berat endapan yang terjadi dengan berat endapan secara teoritis dan dinyatakan dalam persen (%). Bila diatas dijelaskan bahwa tegangan/arus dalam proses lapis listrik diinginkan dalam kondisi yang konstan, maksud dari pernyataan tersebut adalah tegangan tidak akan berubah/terpengaruh oleh besar kecilnya Ampere.

I

Dasar-dasar Proses Elektroplating

V R

Page 4 of 20

Keterangan : I

= Banyaknya arus (Ampere)

V = Tegangan (Volt) R = Tahanan Sehingga untuk memvariabelkan ampere, maka yang divariabelkan hanyalah tahanannya saja, sedangakan voltagenya tetap. III.

ISTILAH-ISTILAH DALAM PROSES LAPIS LISTRIK Seperti pada proses-proses metal finishing lainnya, dalam pelapisan

secara listrik (electroplating) banyak istilah-istilah yang digunakan dan perlu diketahui, sehingga dalam pnerapannya/prakteknya tidak akan menemui kesulitan, karena jelas perbedaan satu sama lainnya. Istilah-istilah dalam lapis listrik antara lain : - Electroda Suatu terminal dalam larutan elektrolit yang mana aliran listriknya mengalir ke dan darinya. - Anoda (Anode) Elektroda negatif yang padanya terjadi pelepasan ion negatif dan membentuk ion negatif (reaksi oksidasi). - Katoda ( cathhode) Elektorda negatif yang padanya terjadi pelepasan ion Negatif dan membentuk ion negatif (reaksi reduksi). - Elektrolit Zat-zat yang molekul-molekulnya dapat larut dalam air dan terurai menjadi zat-zat (atom-atom) yang bermuatan negatif dan negatif. - Ion Zat-zat yang terurai yang mana atom atau molekul-molekulnya bermuatan listrik negatif dan negatif. Zat yang bermatan negatif disebut anion (ion negatif) dan yang bermuatan Negatif disebut kation (ion negatif). - Lumpur anoda Sisa zat yang tidak larut dihasilkan dianoda dan mengotorinya. - Lepuh (blister) Dasar-dasar Proses Elektroplating

Page 5 of 20

Pembengkakan pada bagian tertentu dari hasilpelapisan karena daya lekat (adhesif) lapisan yang kurang baik. - pH Derajat keasaman suatu asam dalam larutan yang merupakan logaritma dari konsentrasi asam dengan tanda negatif. - Inhibitor Bahan yang dapat mengurangi pemakanan atau pengrusakan oleh asam pada benda kerja. - Cuci asam (Pickling) Suatu cara menghilangkan karat (korosi) pada benda kerja dengan larutan asam. - Cuci lemak (Degreasing) Pembersihan permukaan logam dari lemak, minyak atau zat organik lainnya dengan larutan alkalin. - Rapat arus (Current Density) Jumlah arus yang mengalir perluas unit elektroda. - Efisiensi arus (Current Efficiency) Perbandingan antara jumlah teoritis arus listrik yang akan terpakai dengan jumlah arus listrik yang sebenarnya terpakai. - Kerapuhan hidrogen (Hydrogen Embritlement) Suatu kegetasan pada benda kerja akibat penyerapan gas hidrogen pada proses pencucian dan pelapisan. - Stop of material Suatu bahan yang berfungsi menutupi hasil pelapisan. - Bahan pengkilat (Brightener) Zat tambahan yang bersifat membentuk lapisan agar lebih mengkilap atau yang memperbaiki kecemerlangan diatas endapan/lapisan. - Pengaktifan (Activation) Pembersihan dari keadaan pasif, pada permukaan logam agar menjadi lebih aktif. - Polarisasi anodic (Anodic Polarization) Penggeseran potensial elektroda katodik akibat adanya aliran listrik. - Polarisasi katodik (Cathodic Polarization)

Dasar-dasar Proses Elektroplating

Page 6 of 20

Penggeseran potensial elektroda kearah anodic akibat adanya aliran listrik. - Proses elektroles (Electroless Plating) Pengendapan lapisan logam secara reaksi reduksi tanpa listrik, bertujuan untu merubah bahan menjadi konduktif. - Zat aktif permukaan (Surface active agent/Surfactant) Zat kimia yang dimasukkan kedalam larutan sebagai zat pengaktip permukaan. - Pembilasan (Rinsing) Suatu busaha pencucian atau penetralan permukaan benda kerja dari asam atau alkali dengan air bersih. - Free cyanide Banyak cyanide yang melebihi daripada

kebutuhan diperlukan untuk

mengubah larutan pelapis menjadi seperti logam yang termasuk garam cyanide kompleks. - Covering power Kemampuan suatu elektrolit untuk mengendapkan logam keseluruh permukaan katoda yang bagimanapun bentuknya. Covering power tergantung pada proses persiapan permukaan dan kondisi dari proses lapis listriknya sendiri. - Throwing power Kemampuan elektrolit untuk menghasilkan lapisan yang sama tebalnya pada benda kerja yang rumit atau biasa. - Macro throwing power Kemampuan elektrolit untuk menghasilkan endapan yang kurang lebih sama tebalnya pada benda kerja yang tidak beraturan bentuknya. Faktor yang mempengaruhi macro throwing power adalah distribusi arus, kondisi operasi, efisiensi arus dan konduktivtas. - Micro throwing power Kemampuan elektrolit untuk menghasilkan endapan/lapisan yang sama tebalnya pada setiap titik permukaan benda kerja. Difusi ion logam merupakan hal yang terpenting bagi micro throwing power.

Dasar-dasar Proses Elektroplating

Page 7 of 20

- Levelling Kemampuan untuk menghasilkan lapisan yang lebih tebal pada lekukan dari pada permukaan yang rata. - Chromat process (Chromating) Teknik pengerjaan lapis lindung yang dilakuka secra kimia dengan mencelupkan benda kerja yang sudah dilapisi seng kedalam larutan encer yang terdiri dari chromat atau bichromat sebagai bahan utama. - Solvent cleaning Suatu cara pembersihan gemuk, lemak dengan menggunakan bahan organik (pelarut organik).

IV.

PRINSIP KERJA LAPIS LISTRIK Pada prinsipnya pelapisan logam dengan cara lapis listrik adalah

merupakan rangkaian dari : arus listrik, anoda, larutan elektrolit dan katoda (benda kerja). Keempat gugusan ini disusun sedemikian rupa, sehingga membentuk suatu sistim lapis listrik dengan rangkaian sebagai berikut : -

Anoda dihubungkan dengan kutub positip dari sumber listrik.

-

Katoda dihubungkan pada kutub negatif dari sumber listrik.

-

Anoda dan Katoda direndamkan dalam larutan elektrolit.

Bila arus listrik (potensial) searah dialirkan antara kedua elektroda anoda dan katoda dalam larutan elektrolit, maka muatan ion negatif ditarik oleh elektoda katoda. Sementara ion bermuatan negatif berpindah kearah elektroda bermuatan negatif. Ion-ion tersebut dinetralisir oleh kedua elektroda dan larutan elektrolit yang hasilnya diendapkan pada elektroda katoda. Hasil yang terbentuk/terjadi adalah lapisan logam dan gas hidrogen. Untuk lebih jelasnya rangkaian dan prinsip kerja proses lapis listrik dapa dilihat pada gambar 1 dan 2 berikut ini:

Dasar-dasar Proses Elektroplating

Page 8 of 20

Gambar 1. Rangkaian proses lapis listrik Sebagai contoh misalkan pelat baja yang akan dilapis dengan tembaga/cupper (Cu). Larutan yang digunakan adalah garam cupper sulfat (CuSO4). Oleh karena pada anoda dan katoda terjadi perbedaan potensial setelah dialiri listrik, maka logam tembaga akan terurai didalam larutan elektrolit yang juga mengandung ion-ion tembaga. Melalui larutan elektrolit, ion-ion tembaga (Cu2+) akan terbawa kemudian mengendap pada permukaan katoda (pelat baja) dan berubah menjadi atomatom tembaga.

Gambar 2. Prinsip kerja proses lapis listrik Dasar-dasar Proses Elektroplating

Page 9 of 20

Di sini terjadi reaksi reduksi ion tembaga menjadi logam tembaga sebagai berikut : CuSO4 ↔ Cu 2+ + SO42H2O ↔ H+ Cu2+ +

+ OH2 e ↔ Cu↓

Fenomena

terjadinya

reaksi

tersebut

sewaktu

proses

pelapisan

berlangsung dan dapat dilihat pada gambar 3 berikut ini:

Katoda (-)

Anoda (+) CuSO 4

Cu++ Cu

H

Cu++

+ ++

Cu H+

Cu++ H2 (Gas)

H

Cu++

+

Cu

+ SO4-

SO4H 2O H + OH-

+ -

OH

O2 (Gas)

Gambar 3. Reaksi yang terjadi sewaktu pelapisan.

V.

LARUTAN ELEKTROLIT Telah diuraikan diatas bahwa suatu proses lapis listrik memerlukan larutan

elektrolit sebagai media proses berlangsung. Larutan elektrolit dapat dibuat dari larutan asam, basa dan garam logam yang dapat membentuk muatan ion-ion negatif dan ion-on negatif. Tiap jenis pelapisan, larutan elektrolitnya berbeda-bea Dasar-dasar Proses Elektroplating

Page 10 of 20

tergantung pada sifat-sifat elektrolit yang diinginkan. Sebagai contoh pelapisan tembaga, larutn yang dipAkai dibuat dari garam logam cupper sulfat (CuSO4) dan H2O yang akan terurai seperti berikut : CuSO4 ↔ Cu 2+ + SO42H2O ↔ H+

+ OH-

Oleh karena larutan elektrolit selalu mengandung garam dari logam yang akan dilapis. Garam-garam tersebut sebaiknya dipilih yang mudah larut, tetapi anionnya tidak mudah tereduksi. Walau anion tidak ikut langsung dalam proses terbentuknya lapisan, tapi jika menempel pada permukaan katoda akan menimbulkan gangguan bagi terbentuknya microstructur lapisan. Kemampuan/aktivitas dariion logam ditentukan oleh konsentrasi dri garam logamnya, derajat disosiasi dan konsentrasi unsur-unsur lain yang ada didalam larutan. Bila konsentrasi logamnya tidak mencukupi untuk diendapkan, akan terjadi endapan/lapisan yang terbakar pada rapat arus yang relatip rendah. Selain itu, larutan elektrolit harus mempunyai sifat-sifat seperti ”Covering power, throwing power dan levelling ” yang baik. Adanya ion klorida dalam larutan yang bersifat asam berfungsi : -

Mempercepat terkorosi/terkikisnya anoda atau mencegah pasipasi anoda.

-

Menaikkan koefisien difusi dari ion logamnya atau menaikkan batas rapat arus (limiting current density).

Sedangkan larutan yang bersifat basa (alkali) yang banyak digunakan pada proses lapis listrik adalah garam komplek cyanida, karena cyanid komplek terekomposisi oleh asam. Fungsi natrium hydroksida dan kalsium hydroksida pada larutan yang brsifat basa adalah untu memperbaiki konduktivitas dan mencegah leberasi dari asam hydrocyanat oleh karbon dioksida (CO2) yang masuk kedalam larutan dari udara. Beberapa bahan/zat kimia sengaja dimasukkan/ditambahkan kedalam larutan elektrolit bertujuan untuk mendapatkan sifat-sifat lapisan tertentu. SifatDasar-dasar Proses Elektroplating

Page 11 of 20

sifat tersebut antara lain tampak rupa (appearance), kegetasan lapisan (brittlness), keuletan (ductility), kekerasan (hardness) dan struktur mikro lapisan yang terjadi (microstructur). Untuk mengatur pH, maka ditambah/dimasukkan unsur yang berfungsi sebagai penyangga (buffer/pengatur pH), misalnya pada larutan nickel digunakan asam borat dan sodium hydroksida pada larutan yang bersifat basa. VI.

ANODA Pada proses pelapisan secara listrik, peranan anoda sangat penting dalam

menghasilkan kualitas lapisan. Pengaruh kemurnian/kebersihan anoda terhadap elektrolit dan penentuan optimalisasi ukuran serta bentuk anoda perlu dipikirkan/diperhatikan. Dengan perhitungan/pertimbangan yang cermat dalam menentukan anoda pada proses pelapisan dapat memberikan keuntungan yaitu meningkatkan distribusi endapan, mengurangi kontaminasi laruitan, menurunkan biaya bahan kimia yang dipakai, meningkatkan efisiensi produksi dan mengurangi timbulnya masalah-masalah dalam proses pelapisan. Adanya arus listrik yang mengalir melalui larutan elektrolit diantara kedua elektroda, maka pada anoda akan terjadi pelepasan ion logam dan oksigen (reduksi), selanjutnya ion logam tersebut dan gas hydrogen diendapkan pada elerktroda katoda. Peristiwa ini dikenal sebagai proses pelapisan dengan anoda terlarut (soluble anoda), tetapi bila anoda tersebut hanya dipakai sebagai penghantar arus saja (conductor of current), anoda ini disebut anoda tak larut (unsoluble

anoda). Dari anoda terlarut akan terbentuk ion logam sewaktu atom logam dioksidasi dan melepaskan elektron-elektron yang sebanding dengan elektronelektron dari katoda. Ion logam direduksi kembali secara kontinyu dalam atom logam, selanjutnya diendapkan pada katoda. Anoda tidak larut adalah paduan dari bahan-bahan baja nickel, paduan timbal-tin, karbon, platina-titanium dan lain sebaginya. Anoda ini diutamakan selain sebagai penghantar yang baik juga tidak mudah terkikis oleh larutan dengan atau tanpa aliran listrik. Tujuan dipakainya anoda tidak larut adalah untuk: -

Mencegah terbentuknya logam yang berlebihan dalam larutan

Dasar-dasar Proses Elektroplating

Page 12 of 20

-

Mengurangi nilai investasi peralatan

-

Menghindari dari kehilangan

Kerugian penggunaan anoda tidak larut adalah cenderung teroksidasinya unsur-unsur tertentu dari anoda tersebut kedalam larutan. Oleh karena itu anoda jenis ini tidak bisa digunakan dfalam larutan yang mengandung bahan-bahan organik (organic agent) atau cyanid. Garam logam sering ditambahkan dalam larutan bertujuan untuk menjaga kestabilan komposisi larutan dari pengaruh unsur-unsur yang larut dari anoda tidak larut. Bagi industri pelapisan, anoda tidak larut kurang bagitu disenangi, mereka lebih menyukai memakai anoda terlarut. Hal ini dikarenakan harga anoda terlarut 2-4 kali lebih murah dibandingkan harga jumlah logam equivalen yang diserap/diambil dari larutan garam logam. Beberapa kriteria yang perlu diperhatikan dalam memilih anoda terlarut antara lain adalah: -

Effisiensi anoda yang akan dipakai

-

Jenis larutan elektrolit

-

Kemurnian bahan anoda

-

Bentuk anoda

-

Rapat dan kapasitas arus yang disuplay

-

Cara pembuatan anoda

Effisiensi anoda akan turun/berkurang akibat adanya logam pengotor (metallic impurities) dan kekasaran butiran yang terdapat dalam larutan. Pengotor dalam anoda juga dapat menyebabkan terjadi pasivasi dan mengurangi effisiensi anoda secara drastis. Kemurnian anoda terlarut dapat meningkatkan effisiensi anoda, tetapi rapat arus yang tinggi pada saat pelapisan berlangsung akan menyebabkan pasivasi pada anoda, sehingga perlu diperhitungkan besarnya rapat arus terhadap luas permukaan anoda. Pada proses lapis listrik yang umum dipakai perbandingan anida dengan katoda adalah 2 : 1, karena kontaminasi anoda adalah penyebab/sumber utama pengotor, maka usahakan penggunaan anoda yang semurni mungkin. Spesifikasi kemurnian anoda yang disarankan dapat dilihat pada tabel berikut ini: Dasar-dasar Proses Elektroplating

Page 13 of 20

Tabel 1 Spesifikasi anoda terlarut No.

Anoda

Kemurnian (%)

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Cium Copper Lead Alloy Nickel Tin Tin – Lead Silver Zinc

99,95 99,97 99,92 99,98 99,92 99,93 99,95 99,98

Unsur-Unsur Pengotor Ag, As, Cu, Fe, Pb, Sb, Ti dan Zn Ag, Cd Ag, Cu, Cd, Zn Ag, Cd, Cu, Fe, Pb, Sn, Zn Ag, As, Bi, Cd, Cu, Fe, Pb, S, Sb Ag, As, Bi, Cu, Fe, S, Pb, Sb, Zn Bi, Fe, Si, S,Sn, Fe, Zn Cu, Cd, Pb, Sn

Sedapat mungkin menggunakan anoda sesuai bentuk yang akan di lapis. Jarak dan luas permukaan anoda di atur sedemikian rupa, sehingga dapat mengasilkan lapisan yang seragam dan rata. Rapat arus anoda usahakan dalam range yang dikehendaki agar mudah di kendalikan. Anoda dan gantunganya dapat menyupley arus dengan sempurna tanpa menimbulkan panas yang berlebihan. Bentuk-bentuk anoda terdiri dari beberapa macam, ada yang berbentuk balok,bulat,palet lempengan dan kubus, sedangkan ukiuran sesuai dengan bentuk anoda tersebut. Untuk bentuk bulat, kubus dan palet biasanya digunakan dengan memakai keranjang yang berfungsi sebagai tempat penampung anoda.Bentuk=bentuk anoda dapat dilihat pada gambar 4.

Gambar 4. Bentuk-bentuk anoda. Dasar-dasar Proses Elektroplating

Page 14 of 20

VII.

AIR Pada industri pelapisan secara listrik, air merupakan salah satu unsur

pokok yang selalu harus tersedia. Biasanya penggunaan air pada proses lapis listrik di kelompokan dalam empat macam yaitu : -

air untuk pembuatan larutan elektrolit

-

air untuk menambah larutan elektrolit yang menguap

-

air untuk pembilasan dan

-

air untuk proses pendingin

Dari fungsi air tersebut dapat ditentukan kualitas air yang dibutuhkan untuk suatu proses. Air ledeng/kota di pakai untuk proses pembilasan, pencucian, proses etsa (etching) dan pendingin. Sedangkan air bebas mineral (aquadest DM) di pakai khusus ubtuk pembuatan larutan, analisa larutan dan pembuatan larutan penambah . Air suling (aquadest) dengan ukuran spesifikasi konduktifitasnya tidak melebihi dari 50 microhos, bisa di pakai pengganti aqua DM. Pada proses pelapisan air yang digunakan harus berkualitas baik. Air ledeng/kota yang masih mengandung anion dan kation, jika tercampur dengan ion-ion dalam larutan akan menyebabkan turunya efisiensi endapan/lapisan. Unsur-unsur yang tidak diinginkan dalam larutan adalah unsur kalsium dan magnesium, karena mudah bereaksi dengan cadnium cyanid, cupper cyanid, siler cyanid dan senyawa-senyawa lainya, sehingga akan mempercepat kejenuhan larutan. Umumnya unsur-unsur yang terdapat dalam air adalah kandungan dari garam-garam seperti bicarbonat, sulfat, chlorid dan nitrat. Unsur-unsur garam lokal alkali (sodium/potasium) tidak begitu mempengaruhi konsentrasi larutan sewaktu operasi pelapisan berlangsung. Kecuali pada larutan lapis nikel. Karena akan menaikan arus listrik (throwing power). Tetapi akan menghasilkan lapisan lapisan yang getas (brittle). Adanya logam-logam berat seperti besi dan mangan sebagai pengotor menimbulkan cacat-cacat antara lainkekasaran ( roughness), porous, gores (streakness), noda-noda hitam (staining), warna yang suram (iridensceat) atau

Dasar-dasar Proses Elektroplating

Page 15 of 20

mengkristal, modular dan keropos. Untuk itu maka diperlukan air murni (reagent

water) untuk membuat larutan dan menggantikan larutan yang menguap.

VIII

PROSES LAPIS LISTRIK Secara garis besarnya proses lapis listrik dapat di kelompokan dalam tiga

tahap pengerjaan yaitu: 8.1.

Proses pengerjaan persiapan/tahap pendahuluan (pre treatment) Sebelum lapis listrik dilakukan, permukaan benda kerja yang akan di lapis

harus dalam kondisi benar-benar bersih, bebas dari bermacam-macam pengotor. Hal ini mutlak agar bisa di dapat hasil lapisan dengan cara listrik yang baik. Untuk mendapatkan kondisi seperti tersebut perlu di lakukan pengerjaan pendahuluan dengan tujuan: -

Menghilangkan semua pengotor yang ada di permukaan benda kerja seperti pengotor organik, anorganik / oksida dan lain-lainya.

-

Mendapatkan kondisi fisik permukaan yang lebih baik dan lebih aktif. Teknik pengerjaan pendahuluan ini tergantung dari pengotoran, tetapi

secara umum dapat diklasifikasikan sebagai berikut: 8.2.

Pembersihan secara mekanik: Pekerjaan

ini

betujuan

untuk

menghaluskan

permukaan

dan

menghilangkan goresan-goresan serta geram-geram yang masih melekat pada benda kerja. Biasanya untuk menghilangkan goresan-goresan dan geram-geram tersebut dilakukan dengan mesin gerindra, sedangkan untuk menghaluskan permukaannya dilakukan dengan proses buffing. Prinsipnya sama seperti proses gerindra, tetapi roda/wheel polesnya yang berbeda yaitu terbuat dari bahan katun, kulit, laken dan sebagainya. Selain dari pengerjaan seperti tersebut diatas, kadang-kadang diperlukan proses lain misalnya brushing, brigthening dan lain sebagainya.

Dasar-dasar Proses Elektroplating

Page 16 of 20

8.3.

Pembersihan/pencucian dengan pelarut (solvent): Proses ini bertujuan untuk ihkan lemak, minyak, garam dan

kotoran-kotoran lainnya dengan pelarut organik. Pembersihan dilakukan dengan cara: 

Vapour degreasing yaitu proses pembersihan dengan pelarut yang tidak mudah terbakar. Prinsipnya benda kerja diuapkan dengan pelarut tersebut dalam keadaan panas, kemudian kotoran akan mengembun/menguap karena adanya reaksi dari bahan pelarut.



Proses pembersihan pada temperatur kamar yaitu dengan menggunakan pelarut organik, tetapi dilakukan pada temperatur kamar dengan cara diusap/dipoles.

8.4.

Pembersihan/pencucian dengan alkalin (Degreasing): Pekerjaan ini bertujuan untuk ihkan benda kerja dari lemak atau

minyak-minyak yang menempel. Pembersihan ini perlu sekali, karena lemak maupun minyak tersebut akan mengganggu pada proses pelapisan, karena mengurangi kontak antara lapisan dengan logam dasar/benda kerja. Pencucian dengan alkalin digolongkan dalam dua cara yaitu dengan cara biasa (alkalin degreasing) dan dengan cara electro (electrolitic degreasing). Pembersihan secara biasa hádala meredamkan benda kerja dalam larutan alkalin dalam keadaan panas selama 5-10 menit. Lamanya perendaman harus disesuaikan dengan kondisi permukaan benda kerja. Seandainya lemak atau minyak yang menempel lebih banyak, maka dianjurkan lamanya perendaman ditambah hinga permukaan bersih dari noda-noda tersebut. Pembersihan secara electro bertujuan selain akan didapatkan hasil pembersihan yang lebih bersih juga meningkatkan kecepatan pencucian. Prinsip kerjanya dengan menggunakan arus listrik dan katoda dipakai dengan lempengan carbon. Bila benda kerja yang akan dibersihkan ditempatkan pada arus listrik negatif, maka prosesnya disebut anoda cleaning/degreasing, begitu pula sebaliknya.

Dasar-dasar Proses Elektroplating

Page 17 of 20

8.5.

Pencucian dengan asam (pickling): Pencucian dengan asam bertujuan untuk ihkan permukaan

benda kerja dari oksida atau karat dan sejenisnya secara kimia melalui perendaman. Larutan asam ini terbuat dari pencampuran air bersih dengan asam antara lain: -

Asam chlorid (HCl)

-

Asam sulfat (H2SO4)

-

Asam sulfat dan asam fluorid ( HF)

Reaksi proses pickling sebetulnya adalah proses electro kimia dalam sel galvanis antara logam dasar (anoda) dan oksida (katoda). Gas H2 yang timbul dapat mereduksi ferri oksida yang mudah larut. Dalam reaksi ini biasanya diberikan inhibitor agar reaksi tidak terlalu cepat dan menghasilkan pembersihan yang merata. Ada dua jenis bahan inhibitor yang dikenal yaitu: -

Bahan organik alam (natural organic) yaitu glatine, lumpur minyak, asfaltum, sulfonate, coaltar, Woodtar dan sebagainya.

-

Bahan organik sintetis (synthetic organic) yaitu thio aldehyd, pyridine, quinidine, aldehyde dan sebagainya.

Adapun keuntungan menggunakan larutan asam chlorid adalah : -

Menghasilkan keseragaman permukaan benda kerja

-

Mudah dibilas

-

Terjadinya over pickling lebih kecil

-

Operasinya lebih mudah

Keuntungan menggunakan asam sulfat yaitu: -

Ongkos lebih rendah

-

Pencemar bau rendah/kecil

Untuk barang/benda kerja dari besi/baja cor yang maíz mengandung sisasisa pasir dapat digunakan larutan campuran dari asam sulfat dan asam fluorid, sebab larutan tersebut dapat berfungsi selain untuk menghilangkan oksida/serpih juga dapat ihkan sisa-sisa pasir yang menempel pada benda kerja.

Dasar-dasar Proses Elektroplating

Page 18 of 20

IX.

Proses lapis listrik Setelah benda kerja betul-betul bebas dari pengotor, maka benda kerja

tersebut sudah siap untuk dilapis. Rangkaian sistem pelapisan dapat dilihat seperti yang digambarkan pada gambar 5.

Gambar 5. Skematis rangkaian proses pelapisan. Dalam operasi pelapisan, kondisi operasi perlu/penting sekali untuk diperhatikan. Karena kondisi tersebut menentukan berhasil atau tidaknya proses pelapisan serta mutu pelapisan yang dihasilkan. Kondisi operasi yang perlu di perhatikan tersebut antara lain: 9.1.

Rapat arus (current density): Rapat arus adalah bilangan yang menyatakan jumlah arus listrik yang

mengalir perluas unit elektroda.Terbagi dalam 2 macam yaitu rapat arus yang di perhitungkan ialah rapat arus katoda yaitu banyakna arus listrik yang di perlukan untuk mendapatkan atom-atom logam pada tiap satuan luas benda yang akan di lapis. Dasar-dasar Proses Elektroplating

Page 19 of 20

Rapat arus dapat di atur , makin tinggi raat arus, makin meningkat kecepatan pelapisan dan dapat memperkecil ukuran/bentuk kristal.Tetapi bila rapat arus terlalu tinggi akan mengekibatkan lapisan kasar, bersisik dan akan terbakar/hitam. Satuan arus dinyatakan dalam Amp/dm2 atau Amp/ft2 atau Amp/in2. 9.2.

Tegangan arus (Voltage): Seperti di jelaskan sebelumnya bahwa pada proses lapis listrik, tegangan

yang digunakan harus konstan sehingga yang di variablekan hanyalah ampere saja. Maksudnya adalah bila Luas Permukaan benda kerja bervariasi, maka rapat aruslah yang di variasikan sesuai dengan ketentuan,sedangkan voltagenya tetap. Sebagai contoh pada pelapisan tembaga, rapat arus ditentukan 3,6 A/dm2, voltage 6 volt, sedangkan luas benda yang akan dilapisi 10 dm2 maka rapat arus adalah 36 A/dm2, tetapi tegangan tetap 6 volt.Biasanya tegangan yang digunakan pada operasi lapis listrik adalah 6-12 volt. 9.3.

Temperatur/Suhu larutan: Temperatur

larutan

dapat

mempengaruhi hasil lapisan.

Kenaikan

temperatur larutan menyebabkan bertambahnya ukuran kristal. Pada temperatur yang tingi, daya larut bertambah besar dan terjadi: penguraian garam loga yang menjadikan tingginya konduktifitas serta menambah mobilitas ion logam, tetapi viscositas jadi berkurang, sehingga endapan ion logam pada katoda akan lebih cepat sirkulasinya. Sebagai contoh dari pengaruh temperatur terhadap lapisan dapat dijelaskan sebagai berikut. Bila temperatur larutan pada pelapisan chromium decorative lebih rendah dari 45 C rapat arus sama (20 A/Dm2), tetapi hasil lapisan tampak suram juga. Hal ini dikarenakan lapisan terbakar. 9.4.

pH Larutan: pH di pakai untuk menentukan derajat keasaman suatu larutan elektrolit

dan dalam operasi lapis listrik, pH berarti juga pOH-. pH larutan dapat diatur /diukur dengan alat ukur pH meter atau colorimeter.Tujuan menentukan derajat keasaman ini adalah untuk melihat atau mengecek kemampuan dari larutan dalam menghasilkan lapisan yang lebih baik. Umumnya untuk larutan yang Dasar-dasar Proses Elektroplating

Page 20 of 20

bersifat basa/alkali.derajat keasaman (pH) nya berkisar antara 11-14, sedangkan untuk larutan asam, pH-nya berkisar 4,5-5,6. Untuk mengatur nilai pH sesuai dengan yang diinginkan, digunakan sodium atau potassium hydroksida dan atau asam sulfat untuk larutan yang bersifat asam. 9.5.

Proses pengerjaan akhir ( Post Treatment) Benda kerja yang telah dilakukan proses lapis listrik biasanya di bilas dan

di keringkan. Tetapi kadang-kadang perlu juga dilakukan pengerjaan lanjut seperti misalnya dipasipkan atau di beri lapis pelindung chromat (chromatting) atau lapis lindung transparan yaitu dengan Iaquar. Proses ini dilakukan dengan cara dipping biasa, tetapi untuk apis lindung dengan lacquar biasa secara electro dan dipping.

Dasar-dasar Proses Elektroplating

Page 21 of 20

UNIT 2 PERALATAN PROSES ELEKTROPLATING

Peralatan Proses Elektroplating

Page 1 of 9

2.1

Peralatan Utama

Peralatan utama yang diperlukan pada proses lapis listrik (elektroplating) yaitu: 2.1.1 Rectifier Merupakan

salah satu peralatan utama dalam proses elektroplating,

peralatan ini berfungsi sebagai sumber arus searah (DC). Output tegangan yang keluar: 6, 9, 12 volt dan jumlah arus (ampere) relatif rendah yaitu sampai 3000 ampere. Untuk mengurangi panas yang berlebihan, maka rectifier perlu dilengkapi dengan pendingin berupa: -

Konveksi udara biasa

-

Konveksi udara dengan menggunakan tenaga blower

-

Menggunakan sirkulasi oli

-

Menggunakan sirkulasi air

-

Menggunakan air dan udara

Dalam hal operasi dan pemeliharaannya perlu diperhatikan antara lain: -

Rectifier dapat dioperasikan terus menerus pada kapasitas yang maksimal bila panas yang terjadi tidak berlebihan, karena rusaknya rectifier ini bukan disebabkan oleh arus listrik yang terjadi, tetapi oleh adanya panas yang berlebihan.

-

Faktor yang dapat merusakkan rectifier antara lain korosi dan macetnya komponen listriknya (korsluiting, putus dan lain sebagainya).

Gambar 2.1 Rectifier untuk proses elektroplating. Peralatan Proses Elektroplating

Page 2 of 9

2.1.2 Bak Larutan Bak larutan merupakan salah satu peralatan utama yang berfungsi untuk menampung larutan elektrolit, larutan pencuci, dan air pembilas. Bahan bak tergantung dari jenis dan kondisi larutan yang ditampungnya dengan persyaratan sebagai berikut: -

Tahan terhadap korosi yang ditimbulkan oleh larutan.

-

Tahan terhadap suhu/temperatur larutan.

-

Tidak mencemari larutan yang ditampungnya.

Untuk memenuhi persyaratan tersebut diatas, terkadang bak tersebut harus dilapis. Jenis bahan bak dan pelapisnya untuk setiap jenis larutan yang akan ditampung dapat dilihat pada tabel 2.1. Selain memperhatikan bahan bak, maka dalam merancang suatu bak (Gambar 2.2), perlu diperhatikan konsrtuksi bak yang dikaitkan dengan bentuk dan ukuran benda kerja yang akan dilapis. Setelah ditentukan jenis bahan bak dan pelapis serta bentuk dan ukurannya, maka hal lain yang juga diperhatikan adalah dudukan bak, bibir bak, penguat dan dasar bak. Dudukan bak diperlukan agar bak terdukung lebih kuat dan tidak adanya kontak langsung dengan lantai, sehingga kemungkinan kerusakkan sebagai akibat basahnya lantai dapat dikurangi.

Gambar 2.2. Bak Larutan. Peralatan Proses Elektroplating

Page 3 of 9

Tabel 2.1 Jenis bahan dan pelapis bak larutan. Jenis Larutan

Pelat Baja Stainless

Kuningan Kium (asam) Kium (alkalin) Chromium Tembaga (asam) Tembaga (alkalin) Emas (asam) Emas (alkalin) Timbal (asam) Nikel Perak Timah (asam) Timah (alkalin) Seng (asam) Seng (alkalin) Anodizing (asam chromium) Anodizing (asam sulfat)

S TD TD TD TD TD TD S TD TD TD TD TD TD TD TD TD

Peralatan Proses Elektroplating

Pelat Baja

Pelat Baja Lapis Karet

Pelat Baja Lapis Plastik

Pelat Baja Lapis Timbal

B TD B TD TD B TD TD TD TD TD TD B TD B B TD

S B TD TD B TD TD TD B B B B TD B S TD S

B B B B B S B B B B B B TD B B TD S

TD TD TD B S TD TD TD TD TD TD TD TD TD TD TD B

Page 4 of 9

Pelat Baja Lapis Bata Tahan Asam TD S TD S S TD TD TD S TD TD S TD S TD S S

Bahan Plastik

Plastik Fiber Glass

Bahan Keramik

B B B S B S B B S B B B TD B S TD S

S S S S B B S S S S S S TD S TD TD S

S S TD TD S TD S S TD TD S S TD S TD TD S

Bibir bak diperlukan untuk menguatkan bak sehingga bagian sisi bak akan lebih kaku dan sebagai tempat dudukan batang penggantu anoda dan katoda (rak atau benda kerja). Penguat diperlukan untuk menjaga agar bak tidak bengkak (swelling) akibat tekanan larutan, penguat bak biasanya dipasang pada bagian pinggang bak dengan bibir bak. Dasar

bak

sebaiknya

direncanakan

sedemikian

rupa,

sehingga

memudahkan pengerjaan proses pembersihan atau pengeringan larutan, biasanya dasar bak direncanakan miring atau bercelah. Pada bagian yang terendah biasanya dibuat lubang pipa yang dilengkapi denga kran untuk jalan keluar larutan. 2.2

Peralatan Tambahan

2.2.1 Rak Benda kerja Rak benda kerja merupakan salah satu peralatan tambahan yang berfungsi sebagai tempat mengantungkan barang (benda kerja) yang akan dilapis dan sebagai penghantar arus listrik yang diperlukan oleh barang yang akan dilapis. Untuk menentukan rapat arus yang akan dialirkan, bentuk dan ukuran serta jenis bahan rak perlu diketahui/dirancang sedemikia rupa, sehingga cukup kuat untuk menahan berat benda kerja serta tidak menimbulkan panas yang berlebihan baik pada benda kerja maupun pada rak itu sendiri. Ukuran dan jumlah titik kontak antara barang dan rak diusahakan sekecil mungkin, karena apabila terlalu besar, maka pada barang akan tampak bekas gantungan, hal ini akan menurunan kualitas lapisan. Benda kerja pada rak, diusahakan agar tidak menimbulkan gas sekitar bagian yang terbuka, arus terdistribusi dengan baik dan dapat mencegah penumpukkan udara/gas. Rak (Gambar 2.3) harus mudah diangkat dari dan ke dalam bak, setiap sebelum dan setelah selesainya operasi: pembersihan, pembilasan dan proses pelapisannya. Panjang rak setelah ditempati benda kerja tidak melebihi 15 cm dari dasar bak, 12,5 cm dari sisi bak dan harus terendam sekurang-kurangnya 58 cm dari permukaan atas larutan. Setelah bahan rak, pelindung rak hal lain yang perlu diperhatikan adalah sistem kaitan gantungan rak pada batang gantungan katoda dan anoda. Bentuk kaitan tersebut perlu didesain sedemikian rupa agar kontak listrik sebaik mungkin, sehingga tidak menimbulkan panas yang berlebihan. Seabagai contoh Peralatan Proses Elektroplating

Page 5 of 9

pada gambar 2.3 diperlihatkan bentuk kaitan dan hubungan antara rak dan bendakerja serta pada gambar 2.4 ditunjukkan rak jenis keranjang.

Gambar 2.3 Beberapa jenis rak untuk gantungan benda kerja.

Gambar 2.4 Bentuk rak keranjang (basket).

Peralatan Proses Elektroplating

Page 6 of 9

2.2.2 Barrel Barrel berfungsi selain sebagai tempat menampung barang akan dilapis, juga sebagai agitasi larutan dalam usaha menghindari penumpukkan logam pelapis. Putaran barrel menyebabkan sirkulasi larutan berjalan dengan sempurna, sehingga dapat mencegah terjadinya penimbunan udara pada daerah benda kerja. Kontak arus listrik didalam barrel, timbul sebagai akibat adanya kontak antara benda kerja dengan poros barrel yang fleksibel dan antar benda kerja itu sendiri. Barrel seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.5, biasanya digunakan untuk proses pelapisan dari barang atau produk-produk yang berukuran kecil misalnya

mur,

baut,

dan

lain-lain.

Bentuk

dan

ukuran

barrel

telah

mempunyaistandar tertentu sesuai kapasitas dan ukuran produk (benda kerja) yang akan dilapis.

Gambar 2.5 Jenis dan bentuk barrel untuk proses pelapisan. Barrel dapat diklasifikasikan sebagai berikut: 1. Horizontal Barrel, yaitu sebagian dari barrel atau seluruhnya direndamkan dalam bak yang berisi larutan, dengan ketentuan: a. Dinding silinder yang berlubang dan mempunyai pintu yang dapat dilepaskan, dan anoda terletak diluar barrel tersebut b. Dinding yang berlubang dan dilengkapi dengan pintu dan anoda berada pada bagian dalam silinder barrel.

Peralatan Proses Elektroplating

Page 7 of 9

2. Oblique Barrel a. Oblique barrel yang berbentuk tabung silinder dengan posisi 45o, larutan dan anodanya berada dibagian luar barrel. b. Bagian oblique barrel terendam dalam bak dan mempunyai dinding yang berlubang-lubang dengan diameter: 3-5 mm, sedangkan anodanya berada pada bagian luar barrel.

2.2.3 Pemanas (Heater) Dalam proses lapis listrik atau elektroplating,

pemanasan atau

pendinginan larutan elektrolit adalah berfungsi untuk mencapai kondisi operasi yang dipersyaratkan, untuk mencapai hasil lapisan yang diinginkan. Sistem pemanasan dan pendinginan dapat dilakukan dengan dua cara yaitu dari dalam bak atau dari luar bak. Pemanasan atau pendinginan dari dalam bak (gambar 2.6) dapat dilakukan dengan pemanas celup (immersion heater) dan akan efektif bila luas permukaan heater ± 4 cm2, sedangkan sistim pemanasan dan pendiginan dari luar bak dapat dilakukan dan tidak tergantung pada luas permukaan bak. Media yang biasa digunakan untuk mengalirkan pemanas, yaitu uap air, air panas dan listrik, sedangkan media pendingin yang biasa digunakan adalah gas atau air. Jumlah pemanasan atau pendingan yang dibutuhkan, tergantung pada volume dan jenis larutan.

Gambar 2.6 Pemanas listrik (heater).

Peralatan Proses Elektroplating

Page 8 of 9

2.2.4 Agitator Selama proses pelapisan berlangsung, larutan sekitar katoda menjadi kurang pekat (encer), karena sebagian ion logam terendapkan pada benda kerja sehingga menyebabkan arus listrik akan bergerak ke bagian atas larutan. Kejadian ini disebut konveksi natural dan akan menyebabkan ketebalan lapisan menjadi berkurang dan rapat arus menjadi bertambah. Oleh karena itu untuk mendapatkan hasil lapisan yang tebal dan merata,perlu dilakukan sistim agitasi dengan tujuan sebagai berikut: 1. Pengisian kembali ion-ion logam yang berkurang didekat katoda atau bendakerja. 2. Mencegah terjadinya gelembung udara pada permukaan benda kerja. 3. Menghindari penumpukkan ion-ion logam dalam larutan. Sistim agitasi dapat dilakukan dengan cara disemprot udara atau dengan cara sirkulasi larutan dengan menggunakan pompa ataupun secara mekanik dengan menggunakan propeller. 2.2.5 Saringan (Filter) Penyaringan adalah suatu proses pemisahan pengotor padat dalam larutan dengan cara memasukkan bahan kimia melalui suatu media yang dapat menahan lajunya pengotor padat tersebut. Teknik penyaringan ini dapat dilakukan dengan cara langsung, menggunakan alat penyaring (gambar 2.7) atau dengan cara menggunakan bak penyaring atau bak pembantu. Kriteria yang diperlukan untuk menentukan sistim penyeringan adalah sebagai berikut: 1. Jenis dan jumlah tingkat kontaminasi yang hendak dibersihkan. 2. Laju aatau kecepatan penggantian larutan akibat kantaminan. 3. Frekwensi penyaringan yang diperlukan dalam menjaga kondisi larutan. Sumber utama terjadinya kontaminasi dalam larutan adalah berasal dari anoda, debu, udara kotor, pengotor kimia atau logam serta dari udara agitasi.

Peralatan Proses Elektroplating

Page 9 of 9

Gambar 2.7 Peralatan penyaring (filter).

Peralatan Proses Elektroplating

Page 10 of 9

UNIT 3 PROSES ELEKTROPLATING: Cu, Ni-Cr DAN Zn

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 1 of 26

3.1

Elektroplating Tembaga (Cu) Manfaat Lapisan Cu:

• Sebagai lapisan antara. • Sebagai stop-offs dalam proses perlakuan panas. • Sebagai cetakan dalam proses electroforming. • Sebagai pelindung terhadap pengaruh electromagnetic. • Sebagai lapisan penghantar listrik (sirkuit elektronik). • Sebagai lapisan tahan korosi. • Sebagai pencegah thermal shock. • Sebagai lapisan dekoratif. Jenis elektrolit pelapisan tembaga: • Larutan Sianida • Larutan non Sianida • Larutan Alkalin Pyrophosphat • Larutan Sulfat • Larutan Fluoborat

Komposisi & kondisi operasi proses elektroplating Cu dalam larutan Sianida

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 2 of 26

• Larutan Sianida Rochelle umumnya digunakan untuk menghasilkan lapisan Custrike (ketebalan: 1.0 to 3.0 mikron). • Larutan Sianida Rochelle konsentasi tinggi digunakan untuk menghasilkan ketebalan diatas 8 mikron. • Jenis larutan Sianida Rochelle dapat digunakan untuk jenis proses barrel plating. • Proses Cu-plating dengan larutan jenis efisiensi tinggi, benda kerja harus dilakukan pelapisan Cu-strike terlebih dahulu dengan ketebalan sekitar 1.3 mikron dengan jenis larutan Sianida. • Pada Cu-plating dengan menggunakan larutan jenis efisiensi tinggi akan menghasilkan kecepatan proses pelapisan Cu yang 3-5 kali lebih tinggi dibandingkan jenis Sianida Rochelle. • Pada jenis larutan Sianida, rendahnya konsentrasi sianida dapat menyebabkan hasil lapisan menjadi kasar dan tipis tetapi peningkatan konsentrasi sianida akan berpengaruh pula terhadap: laju korosi anoda yang semakin tinggi dan menurunkan efisiensi katoda. • Untuk benda kerja baja penambahan NaOH atau KOH akan meningkatkan konduktivitas larutan dan mencegah korosi pada wadah (baja) anoda, konstruksi dan bak larutan. • Untuk benda kerja seng hasil die castings, konsentrasi hidroksida harus dipertahankan antara1.3 to 3.8 g/L • Untuk benda kerja paduan aluminium, pH larutan harus diturunkan sekitar 9.710 dengan penambahan sodium bicarbonate dan selalu ditambahkan tartaric acid atau sodium bicarbonate pada larutan untuk mempertahankan pH antara10-10.5 • Jenis larutan Sianida dapat dioperasikan pada temperatur kamar tatapi umumnya antara 32 and 49 °C untuk meningkatkan laju pelapisan dan meningkatkan pelarutan anoda • Jenis larutan Sianida umumnya dioperasikan pada rapat arus katoda dari 1-1.5 A/dm2 dan voltase bak normalnya antara 4 dan 6 V • Pengadukan larutan akan menghasilkan komposisi elektrolit yang seragam, korosi apada anoda yang lebih seragam dan meningkatkan rapat arus sehingga lapisan Cu yang terbentuk akan lebih mengkilap

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 3 of 26

• Rapat arus yang lebih dari 5 A/dm2 dapat diterapkan dengan jenis pengadukan udara dan agitasi pada benda kerja • Penambahan additive dapat dilakukan untuk meningkatkan efisiensi larutan (menurunkan efek pengotor dalam larutan) dengan penambahan complexing agents (tartrate salts). reducing agents (hexavalent chromium) dan wetting agents (surfactants) • Pada jenis larutan Sianida Rochelle, potassium salts dapat diganti dengan sodium salts pada konsentrasi logam Cu tinggi sampai 38 g/L, hal ini dapat meningkatkan pemakaian rapat arus yang tinggi sampai 6 A/dm2. • Jenis larutan Sianida Rochelle umumnya dioperasikan pada temperatur antara 54 and 71 °C yang dapat menghasilkan efisiensi terbaik yang dpat menghasilkan laju pelpisan yang lebih tinggi • Pada larutan Sianida jenis efisiensi tinggi, dapat dioperasikan pada temperatur yang lebih tinggi sampai diatas 77 °C (170 °F). • Untuk proses Cu-plating material paduan seng die castings, elektrolitnya paling baik dioperasikan pada temperatur 60-71 °C dan pH antara 11.6 dan 12.3. • Peningkatan temperatur pada larutan Sianida Rochelle, akan meningkatkan efisiensi anoda dan katoda • Peningkatan pengadukan larutan,akan meningkatkan efisiensi anoda tetapi akan meningkatkan pembentukan karbonat (karena oksidasi sianida dan juga penyerapan CO2 bereaksi dengan larutan alkali dalam larutan). Karbonat dapat diambil dengan cara pendinginan larutan. Tingginya konsentrasi karbonat akan menurunkan efisiensi anoda serta menghasilkan lapisan yang kasar dan berpori. • pH Larutan Sianida Rochelle sebaiknya dipertahankan antara 12.2 dan 13.0.

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 4 of 26

Kurva pengaturan pH larutan elektrolit Rochelle

• Konduktivitas larutan Sianida Rochelle dapat ditingkatkan dengan penambahan sodium hidroksida 2-15 g/L ( to 2 oz/gal). Sodium hidroksida sebaiknya diturunkan jika larutan tersebut dioperasikan untuk proses pelapisan: zinc-base die castings, aluminum, atau magnesium (larutan dapat terkontaminasi oleh seng dan dapat diambil secara elektrolisis larutan pada temperatur kamar dengan rapat arus 0.2-0.3 A/dm2 yang menghasilkan lapisan warna kuningan. • Kontaminasi dari besi, tidak dapat diambil dari larutan dan menyebabkan penurunan efisiensi arus. Untuk mencegahnya perlu ditambahkan wetting agents. • Perlu pengontrolan larutan dan penyaringan larutan secara periodik dengan pemberian karbon aktif.

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 5 of 26

Kurva hubungan antara waktu proses elektroplating Cu dengan efisiensi siklus pelapisan

Kurva hubungan antara efisiensi siklus pelapisan dengan ketebalan lapisan hasil elektroplating Cu

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 6 of 26

Batasan konsentrasi & kondisi operasi pada elektroplating Cu dalam larutan alkaline non cyanide

•Jenis larutan non sianida dioperasikan dengan konsentrasi logam Cu yang relatif lebih rendah yaitu antara 7.5-13.5 g/L. •Kelebihan jenis larutan ini adalah tidak menghasilkan gas sianid (beracun), pengolahan limbah lebih murah, dan hasil lapisan lebih stabil (karena tidak ada dekomposisi sianid yang menghasilkan karbonat). •Pada operasi dengan rapat arus antara 0.5-3.5 A/dm2, efisiensi katoda mendekati 100%. •Kurangnya pengadukan larutan dapat menghasilkan lapisan yang buram dan terbakar pada arus antara1.5 to 2.0 A/dm2 •pH larutan jenis non sianida adalah antara 9-10, sehingga dapat digunakan untuk Cu-plating strike ataupun akhir •Tidak ada pengaturan awalterhadap pelapisan benda kerja sengc die cast dan zincated aluminum •Pada operasi dengan pH dibawah 9, akan menghasilkan lapisan yang lebih mengkilap tetapi daya lekatnya relatif lebih rendah, dan pada pH diatas 10 dapat menyebabkan lapisan buram •Kontaminan pada jenis larutan non sianida lebih rendah. Perlakuan terhadap kotoran pada larutan dilakukan dengan menggunakan hidrogen peroksida dan karbon aktif

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 7 of 26

Batasan konsentrasi & kondisi operasi pada eletroplating Cu dalam larutan copper pyrophosphate

•Jenis larutan alkalin pyrophosphate digunakan untuk aplikasi dlapisan dekoratif termasuk pelapisan pada plastik papan sirkuit elektronik, dan pada lapisan stopoff. •Karakteristik larutan jenis ini adalah diantara larutan sianid dan jenis asam (lebih mendekati larutan sianid jenis efisiensi tinggi). •Larutan ini dapat dioperasikan pada pH netral. •Lapisan yang dihasilkan semi mengkilat. •Efisiensi katoda hampir 100%. •Pada jenis larutan pyrophosphate, rapat arus anoda dipertahankan antara 2-4 A/dm2. •Larutan jenis asam sulfat menghasilkan efisiensi katoda antara 95-100%. •Larutan jenis ini mudah dioperasikan dan dikontrol. •Menghasilkan lapisan yang halus, mengkilat rata dan lebih ulet. •Jika pengadukan larutan atau agitasi benda kerja rendah, maka rapat arus tidak boleh lebih dari 4.5 A/dm2 •Pengontrolan dan penyaringan larutan terhadap kontaminan dilakukan dengan menggunakan karbon aktif. Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 8 of 26

Spesifikasi dan standar untuk elektroplating Cu

Perkiraan waktu elektroplating Cu (valensi 1) untuk menghasilkan ketebalan tertentu pada efisiensi 100%

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 9 of 26

•Jenis larutan Sianida mengandung Cu valensi-1. •Untuk

larutan

yang

mengandung

Cu

valensi-2

(non

Sianida,

Sulfat,

pyrophosphate, dan fluoborate), maa waktu proses elektroplatingnya manjadi 2 kalinya dari watu pada tabel tersebut. •Perlu penambahan waktu hasil koreksi sebagai akibat adanya kehilangan dari efisiensi katoda yaitu sebesar nilai perbedaan antara efisiensi aktual dengan efisiensi 100%. Contoh untuk efisiensi katoda sebesar 70%, maka ditambahkan 30%nya dari perkiraan waktu yang terdapat pada tabel tersebut. Pengotor. 

Menyebabkan kasarnya lapisan Cu yang dihasilkan, antara lain dari:



benda kerja selesai proses cleaner sehingga membentuk silikat pada larutan



anoda yang terkorosi



pengotor sulfida dari bendakerja yang larut



material organik yang terbawa dan tidak larut dalam air



karbonat yang terbawa dan tidak larut dalam air



oli



partikel halus ataupun debu

Faktor lain yang mempengaruhi kualitas lapisan Cu: 

Kemurnian air yang digunakan.



Besi yang terlarut dalam air dapat menyebabkan lapisan menjadi kasar pada diatas 3.5 (besi tidak dapat mengendap).



Klorida diatas 0.44 g/L (0.05 oz/gal) dapat menyebabkan pembentukan lapisan yang tidak rata (globular).



Calcium, magnesium, dan besi yang mengendap pada larutan dan material organik dapat menyebabkan pitting pada lapisan.

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 10 of 26

Jenis pengadukan pada elektroplating Cu

Grafik ketebalan dan berat lapisan tembaga terhadap luas yang dilapis

3.2

PELAPISAN NIKEL Jenis pelapisan ini selain ada yang bertujuan untuk dekoratif seperti

lapisan nikel mengkilap, lapisan nikel suram dan lapisan nikel hitam, ada juga yang bertujuan teknik yaitu untuk meningkatkan kekerasan permukaan komponen misalnya lapis nikel keras (hard nickel). Sumber logam pada pelapisan nikel berasal dari garam nikel. Bila konsentrasi garam nikel tinggi maka rapat arus semakin tinggi dan kecepatan pelapisan semakin meningkat. Jika konsentrasi garam nikel rendah maka permukaan lapisan akan “terbakar“ jika rapat arus yang digunakan tinggi dan efesiensi katoda menjadi rendah. Tabel dibawah ini memperlihatkan komposisi dan kondisi operasi dari beberapa jenis eletrolit Nikel.

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 11 of 26

Nickel electroplating solutions

Penambahan

Nikel

klorida

dimaksudkan

untuk

mempercepat

pengkorosian pada anoda dan meningkatkan konduktivitas larutan sehingga struktur kristal lapisan lebih halus dan kekerasan lapian meningkat. Penambahan asam borat bertujuan untuk penyangga (buffer) sehingga mudah dalam pengontrolan pH larutan. Untuk mencegah stratifikasi larutan elektrolit dan menjaga agar temperatur dalam larutan seragam, maka perlu dilakukan pengadukan (agitasi) baik dengan cara mekanik, udara, sirkulasi larutan, maupun penggoyangan pada katoda.

Beberapa masalah yang mungkin timbul dalam pelapisan Nikel adalah sebagai berikut : 1. Efesiensi katoda menjadi rendah jika: • Konsentrasi garam Nikel terlalu rendah • Rapat arus terlalu rendah • Rapat arus terlalu tinggi jika dibandingkan dengan temperatur larutan, konsentrasi logam nikel dan derajat agitasi. Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 12 of 26

• Temperatur larutan terlalu rendah • Jumlah hydrogen peroksida atau bahan anti pitting terlalu tinggi • pH larutan terlalu rendah 2. Dijumpai adanya pitting jika: • Kurangnya bahan tambahan anti pitting • Jumlah asam borat terlalu rendah • Sumber logam pelapis terlalu sedikit • Keasaman terlalu tinggi • Pengadukan tidak sesuai • Adanya pengotor dalam elektrolit 3. Rendahnya kecepatan pelapisan jika: • Sumber logam pelapis sedikit • Temperatur larutan terlalu rendah • Konsentrasi hydrogen peroksida terlalu tinggi • Rapat arus terlalu rendah 4. Lapisan Tidak sempurna / tidak menempel • Larutan bersifat alkalin (biasanya terlihat dari tampilan larutan yang keruh dan hasil pelapisan yang suram) • Larutan terlalu asam (pada katoda timbul gelembung gas/evolusi hydrogen yang berlebihan sehingga lapisan keras dan mengkilap) • Adanya lemak pada permukaan benda kerja Jenis pelapisan nikel yang banyak dijumpai di lapangan sebenarnya jenis pelapisan nikel mengkilap (lihat komposisi pada tabel sebelumnya). Sebenarnya lapisan yang mengkilap dapat dihasilkan dari lapisan nikel biasa (suram) yang digosok-gosok, tetapi hal ini sangat tidak ekonomis, sehingga biaya produksi menjadi meningkat. Untuk menghasilkan lapisan yang mengkilap, biasanya dilakukan penambahan bahan pemengkilap (brightener) ke dalam larutan elektrolit. Brightener kelas I digunakan untuk mendapatkan lapisan putih mengkilap, sedangkan brightener kelas II dimaksudkan untuk memperoleh permukaan Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 13 of 26

kilapan seperti cermin. Kedua brightener tersebut harus bersama-sama digunakan dalam elektrolit sebab jika hanya brightener kelas I saja yang digunakan, maka akan timbul tegangan sisa yang cukup tinggi dan kerapuhan pada lapisan. Brightener kelas I biasanya berupa napthalena disulfonic acid atau alkyl napthalena disulfonic acid, sedangkan brightener kelas II biasanya mengandung garam logam atau senyawa organik tak jenuh. Untuk menjaga agar kualitas lapisan tetap mengkilap maka selain pengadukan (agitasi), penyaringan larutan juga harus dilakukan secara kontinyu. Selain itu, selama proses pelapisan, anoda akan mengeluarkan kotoran (berupa endapan). Oleh karena itu perlu dilakukan pembungkusan anoda dengan bahan polypropilene.

Nickel electrodeposition data

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 14 of 26

Decorative nickel-plus-chromium coatings on steel Standards and Recommended Thicknesses. ASTM B 456

Other nickel plating solutions and some properties of the deposits

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 15 of 26

3.3

PELAPISAN ZN

Karakteristik: • Seng bersifat anodik terhadap besi & baja, oleh karena itu dapat menjadi lapisan protektif dengan ketebalan antara 7 to 15 mikron (0.3 to 0.5 mil) setara dengan ketebalan lapisan nikel atau lapisan katodik lainnya. • Jika dibandingkan dengan logam lain adalah pelapisan seng relatif murah dan dapat diterapkan di/dalam barrel, tangki/tank, atau fasilitas proses pelapisan kontinyu. • Proses pelapisan seng dilakukan dengan menggunakan listrik, dan terlihat abuabu setelah pelapisan. Untuk menghasilkan lapisan seng yang terang sebagai lapisan dekoratif, maka sesudah proses pelapisan (plating) diberikan suatu lapisan konversi (kromatasi) atau pernis bening (atau keduanya). • Lapisan seng, walaupun lebih tidak tahan lama dibandingkan lapisan nikel, tetapi cukup memberikan suatu perlindungan terhadap karat (korosi) dan biaya proses yang jauh lebih murah. Jenis Larutan: Pelapisan seng komersial, dapat menggunakan sistem larutan yang cukup berbeda, yaitu: • larutan sianida • larutan alkalin non sianida • dan larutan asamklorid. Larutan Seng Sianida Larutan seng sianida, dibagi menjadi empat klasifikasi yang berbasis pada sianida, yaitu: • Larutan seng sianida reguler • Larutan midcyanide atau larutan dengan konsentrasi sianida, medium • Larutan sianida-rendah • dan latutan seng Microcyanide Tabel 1 menunjukkan komposisi umum dan syarat-syarat operasi untuk sistem ini.

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 16 of 26

Tabel 1. Komposisi dan prameter operasi dari larutan seng sianida

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 17 of 26

Standar Larutan Seng Sianida • Perlu pembersihan permukaan yang lebih baik dari pada sistem lain. • Larutan seng Sianida adalah benar-benar fleksibel, dan berbagai macam komposisi larutan dapat memenuhi persyaratan pelapisan seng. Sistem larutan seng sianida tidak bersifat merusak ke/pada peralatan, sehingga tangki/tank dan keranjang anoda yang terbuat dari baja dapat digunakan untuk sistim larutan ini, pada hakekatnya dapat mengurangi investasi awal pabrik. • Sistem sianida juga mempunyai sejumlah kerugian, mencakup tingkat keracunan. (dengan kekecualian larutan perak atau cium sianida), larutan seng sianida standar yang berisi 90 g/L (12 oz/gal) dari total sodium sianida merupakan larutan yang berpotensi paling beracun dalam industri pelapisan. Bahaya terhadap kesehatan dari larutan sianida konsentrasi tinggi ini memerlukan biaya tambahan dalam memperlakukan limbah sianida, sehingga alasan primer inilah untuk menggunakan larutan sianida dengan konsentrasi lebih rendah atau diganti dengan menggunakan larutan non sianida atau asam, walaupun teknologi untuk penanganan limbah larutan sianida sangat telah berkembang, tetapi memerlukan biaya untuk awal penanganan pabrik mungkin saja lebih besar dari biaya instalasi proses pelapisannya. • Kerugian Lain adalah konduktivitas larutan yang relatif lebih rendah. Konduktivitas larutan sianida pada hakekatnya lebih rendah dari larutan asam. • Efisiensi proses pelapisan dari sistem sianida, sangat bervariasi tergantung pada beberapa faktor-faktor seperti temperatur larutan, konsentrasi sianida, dan kerapatan arus. Di/dalam instalasi proses sistim barrel, kerapatan arusnya sampai dengan 2.5 A/dm2 (25 A/ft2 ) dengan efisiensi dapat mencapai 75 sampai 90%. Di/dalam instalasi proses sistim rak, efisiensinya di bawah 50% pada kerapatan arus di atas 6 A/dm2 (60 A/ft2 ). Larutan Seng Midcyanide Larutan sianida standar menghasilkan throwing and covering power yang baik sekali. Kemampuan larutan melapisi bahan pada kerapatan arus yang sangat rendah adalah lebih baik dari sistim larutan seng lainnya. Kemampuan ini tergantung pada komposisi larutan, temperatur, logam dasar (jenis bahan), dan penggunaan aditip. Konsentrasi jenis larutan ini ditunjukkan pada tabel 1.

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 18 of 26

Karakteristik penyepuhan dari larutan midcyanide dan larutan sianida reguler, pada kenyataannya adalah sama. Kelemahan Satusatunya dari larutan midcyanide ini dibandingkan dengan larutan standar, adalah toleransi terhadap pengotor yang sangat rendah dan preparasi permukaan yang harus sangat baik. Kelemahan ini adalah jarang ditemui dalam praktek di pabrik. Lebih besar proses pembilasan, pada hakekatnya adalah lebih sedikit dragout, dan menghemat persiapan larutan, biaya pemeliharaan, dan biaya proses sehingga menjadi keunggulan dari jenis larutan ini. Larutan Seng Low-cyanide • Dioperasikan pada kira-kira 6 sampai 12 g/L (0.68 sampai 1.36 oz/gal) sianida sodium dan logam seng. Larutan ini karakteristiknya berbeda dengan jenis midcyanide dan sianida standar. Aditip, secara normal digunakan di/dalam larutan reguler dan sianida midstrength, tetapi tidak berfungsi dengan baik pada larutan sianida rendah, sehingga brighteners untuk larutan Sianidarendah menggunakan brightener khusus. • Larutan seng sianida rendah, lebih sensitif temperatur dibandingkan larutan reguler atau midcyanide. Efisiensi larutan jenis ini adalah sama dengan larutan sianida

reguler

pada

awalnya,

tetapi

itu

cenderung

menyebabkan

pengelupasan (terutama pada/di kerapatan arus yang lebih tinggi). Jenis larutan ini memiliki throwing power and covering power yang sedikit lebih rendah dibandingkan dengan larutan midcyanide standar. Larutan lowcyanide lebih tidak sensitif terhadap pengotor dibandingkan larutan standar atau midcyanide. Pengotor dari logam lebih banyak tidak larut pada larutan dengan konsentrasi sianida yang lebih rendah. Larutan jenis ini banyak digunakan secara ekstensif untuk proses pelapisan seng sistim rak barang-barang kawat. Tidak seperti sistem sianida lain, larutan sianidarendah tidak sensitif terhadap penambahan sulfida untuk mengurangi pengotor bahkan dapat mengurangi kecerahan lapisan dan kecepatan proses pelapisan. Larutan Seng Microcyanide secara esensial merupakan larutan seng alkalin noncyanide. Proses pelapisan seng dengan lmenggunakan larutan alkalin ini relatif cukup sulit, Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 19 of 26

sehingga ditambahkan sedikit sianida minimal 1.0 g/L (0.13oz/gal), sebagai suatu aditip yang dapat meningkat kecerahan hasil lapisan. Bagaimanapun, itu bertujuan untuk dapat meniadakan atau sepenuhnya mengeliminasi sianida.

Table 2 Komposisi & parameter proses dari larutan seng alkaline noncyanide

Larutan alkalin noncyanide relatif murah proses & pemeliharaannya. Larutan ini menggunakan logam seng: 7.5 sampai 12 g/L (1.0 sampai 1.6 oz/gal) digunakan pada3 A/dm2 (30 A/ft2 ) yang dapat menghasilkan suatu lapisan seng yang terang/cerah dengan efisiensi kira-kira 80%, seperti yang diperlihatkan pada Gambar. 1. Jika konsentrasi logam turun hingga 2 g/L (0.26 oz/gal), maka efisiensi turun sampai dibawah 60% pada kerapatan arus ini. Meningkatnya konsentrasi logam hingga di atas 17 g/L (2.3 oz/gal) akan menghasilkan lapisan berwarna abu-abu dop dan tidak rata, rapat arus menurun; sehingga, penambahan

aditip

perlu

dilakukan

untuk

menyelesaikan

masalah

ini.

Meningkatkan konsentrasi hidroksida sodium akan meningkatkan efisiensi, seperti diperlihatkan pada Gambar. 2. Jika, konsentrasi yang terlalu tinggi maka akan menyebabkan penumpukkan lapisan pada daerah sudut atau sisi. Noncyanide Alkalin seng adalah satu larutan yangrelatif praktis.

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 20 of 26

Gambar. 1 Effisiensi arus pada katoda katoda sebagai fungsi dari konsenrasi logam seng dari larutan seng alkalin noncyanide. NaOH, 80 g/L (11oz/gal); Na2 CO3 , 15 g/L (2 oz/gal)

Gambar. 2 Pengaruh konsentrasi logam seng & sodium hidroksida terhadap efisiensi katoda dari larutan noncyanide. Temperature: 26 °C (77 °F). : Lingk-7.5 g/L (1 oz/gal)- Zn, 75 g/L (10 oz/gal) NaOH; •: 7.5 g/L (1.0 oz/gal) Zn, 150 g/L (20 oz/gal) NaOH; Segitiga Kosong- 11 g/L (1.5 oz/gal) Zn, 110 g/L (15 oz/gal) NaOH; Segitiga Pejal- 15 g/L (2.0 oz/gal) Zn, 150 g/L (20 oz/gal) NaOH; Segi Empat 11 g/L (1.5 oz/gal) Zn, 150 g/L (20 oz/gal) NaOH. Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 21 of 26

Temperatur Larutan seng Sianida dapat dioperasikan pada temperatur 12 sampai 55 °C (54 sampai 130 °F), pemakaian umum adalah antara 23 sampai 32 °C (73 sampai 90 °F). Temperatur operasi ini diberikan tergantung pada jenis benda kerja, permukaan akhir yang diinginkan dan karakteristik larutannya. Temperatur larutan sangat berpengaruh dalam sistem seng sianida, sehingga temperatur optimum perlu ditentukan. Pengaruh meningkatnya temperatur Larutan: 

Meningkatkan efisiensi katode



Meningkatkan konduktivitas larutan



Meningkatkan karat (korosi) pada anoda



Menghasilkanlapisan yang buram



Mengurangi daya liput (covering power)



Mengurangi throwing power



Meningkatkan penguraian sianida dan agen penambahan



Menurunkan temperatur larutan akan mempunyai efek kebalikan.



Mengoperasikan larutan pada temperatur yang relatif tinggi, akan memberikan konduktivitas dan efisiensi pelapisan yang optimum.

Effisiensi Arus Pada proses pelapisan dengan larutan seng sianida sistim barrel, effisiensi arusnya bervariasi antara 75 dan 93%, tergantung pada temperatur dan kerapatan arus. Pada sistim rak efisiensi arusnya akan sangat bervariasi pada kerapatan arus yang relatif tinggi, terutama di atas 3 A/dm2 (30 A/ft2 ). Pengaruh adari

konsentrasi

logam

seng,

hidroksida

sodium,

dan

perbandingan

cyanideseng terhadap efisiensi adalah diperlihatkan pada Gambar. 3. Umumnya, effisiensi kira-kira 90% pada 2.5 /dm2 (25 A/ft2 ) 50% pada 5 A/dm2 (50 A/ft2 ). Peningkatan efisiensi dapat diperoleh dengan menggunakan Larutan dengan konsentrasi sianida yang lebih tinggi; tetapi, hal ini dapat menyebabkan rendahnya throwing power dari larutan, konsumsi brightener lebih tinggi, biaya operasional lebih tinggi, dan berbagai kesulitan pemeliharaan larutan.

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 22 of 26

Gambar. 3 Pengaruh komposisi larutan & rapat arus terhadap effisiensi dari larutan plating seng sianida. (a) Pengaruh dari rasio NaCN/Zn. 60 g/L (8 oz/gal) Zn (CN); 17.5 sampai 43.7 g/L (2.33 sampai 5.82 oz/gal) NaCN; 75.2 g/L (10 oz/gal) NaOH; Rasio 2.0-sampai-1 sampai 2.75-sampai-1 Rasio dari NaCN terhadap seng. Temperatur: 30 °C (86 °F). (b) Pengaruh konsentrasi logam seng. 60.1, 75.2, dan 90.2 g/L (8, 10, dan 12 oz/gal) Zn (CN); 43.7, 54.6, dan 65.5 g/L (5.82, 7.27, dan 8.72 oz/gal) NaCN; 75.2 g/L (10 oz/gal) NaOH; 2.75-sampai-1 rasio dari NaCN terhadap seng. Temperatur: 30 °C (86 F). (c) Pengaruh dari konsentrasi NaOH. 60.1 g/L (8 oz/gal) Zn(CN); 43.6 g/L (5.8 oz/gal) NaCN; 150.4 dan 75.2 g/L (20 and 10 oz/gal) NaOH; 2.75-sampai-1 rasio dari NaCN terhadap seng. Temperatur: 30 °C (86 °F)

Larutan Asam Larutan seng asam berbasis pada seng klorid yang saat ini 40 sampai 50% dipergunakan di seluruh dunia. Komposisi dan parameter proses dari larutan seng Asam ditunjukkan pada tabel 5. keuntungan dari jenis larutan ini adalah: Merupakan satu-satunya larutan seng yang memiliki kemampuan untuk menghasilkan lapisan dengan tingkat kecerahan cukup baik dan paling brilian. Dapat diterapkan pada jenis bahan besi cor, besi malleable, dan komponen yang di-carbonitrided, yang akan cukup sulit atau mustahil dilakukan dengan menggunakan larutan alkalin. 

Mempunyai konduktivitas yang jauh lebih tinggi dibandingkan larutan alkalin, sehingga lebih effisien.



Efisiensi larutan mencapai 95 sampai 98%, secara normal jauh lebih tinggi dibandingkan larutan sianida atau proses alkalin, terutama pada kerapatan arus yang lebih tinggi, seperti diperlihatkan pada Gambar. 5.

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 23 of 26



Penggetasan hidrogen lebih rendah dibandingkan dengan jenis larutan seng lainnya, karena efisiensi arusnya relatif tinggi.



Prosedur-prosedur penanganan limbahnya lebih rendah, hanya terutama pada netralisasi pada pH 8.5 sampai 9, dan pegendapan logam seng jika diperlukan.

Pengaruh negatif dari larutani asam chloride adalah larutan asam klorid adalah bersifat korosif. Semua peralatan yang berhubungan dengan larutan, seperti tangki/tank dan lainnya, harus dilapisi dengan bahan anti-karat.

Tabel 5 Komposisi & parameter operasi dari larutan seng asam chloride

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 24 of 26

Gambar. 5 Perbandingan effisiensi arus dari larutan plating seng

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 25 of 26

Tabel 6 Komposisi dan parameter operasi dari larutan Seng Fluoborate dan sulfate Sejumlah larutan seng berbasis seng sulfate dan seng fluoborate banyak digunakan terutama untuk proses pelapisan seng produksi tinggi, pelapisan kontinyu dari kawat dan batang. Tabel 6 memperlihatkan komposisi dan kondisi operasi dari beberapa larutan seng fluoborate dan sulfate.

Parameter : Pengadukkan (agitasi), direkomendasikan dalam pemakaian larutan asam klorid untuk mencapai

kerapatan

arus

operasi

yang

praktis.

Sirkulasi

larutan,

direkomendasikan dalam proses pelapisan sistim barrel. Pada sistim rak, sirkulasi larutan biasanya terpenuhi oleh adanya filter. Pengadukkan ini dapat dilakukan melalui tiupan udara. Pengontrolan Temperatur dalam larutan asam cukup diperlukan dibandingkan dalam larutan seng sianida, sehingga pendinginan harus disediakan untuk mempertahankan temperatur larutannya tetap sesuai dengan rekomendasi, yaitu biasanya 35 °C (95 °F). Mengoperasikan larutan asam klorid di atas temperatur yang direkomendasikan dapat menyebabkan kecerahan lapisannya menjadi rendah. Ketika larutan asam mencapai temperatur yang cukup panas, maka aditip perlu segera dalam larutan untuk menghindari perubahan larutan seperti susu atau berawan yang menyebabkan ketidakseimbangan larutan. Sebaliknya, temperatur rendah, biasanya di bawah 21 °C (70 °F), menyebabkan larutan

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 26 of 26

meng-kristal dan menyebabkan aditip organik memisahkan diri ke luar dari larutan.

Effisiensi Arus Katoda. Larutan seng asam klorid menghasilkan efisiensi arus katode yang tinggi seperti diperlihatkan pada Gambar. 5, efisiensi arus katode rata-rata untuk larutan ini adalah kira-kira 95 sampai 98%. Tidak ada larutan seng lainnya yang benar-benar berefisiensi tinggi pada kerapatan arus tinggi yang dapat meningkatkan produktivitas 15 sampai 50%, di atas itu dapat diperoleh dengan larutan sianida. Dalam sistim barrel, beban arus bisa berlipat ganda. Pengontrolan pH pada larutan seng asam biasanya dimonitor sehari-hari. Metoda Elektrometris adalah dengan menggunakan kertas pengujian. pH diturunkan dengan penambahan larutan asam hidroklorik; ketika memerlukan, pH ditingkatkan dengan penambahan kalium atau ammonium hidroksida. Pencemaran larutan oleh unsur besi adalah suatu masalah umum pada larutan seng asam klorid. Pencemaran oleh besi biasanya tampak sebagai endapan gelap pada lapisan dengan kerapatan arus tinggi; di/dalam sistim barrel akan tampak sebagai bintik hitam pada lapisan. Penghilangan pengotor besi dalam larutan asam klorid dilakukan dengan cara mengoksidasi besi dengan menambahkan hidrogen peroksida pada larutan, biasanya kira-kira 10 mL (0.34 fl oz) . 30% peroksida hidrogen harus digunakan untuk setiap 100 L (26.4 gal.) dari larutan. Penurunan konsentrasi peroksida adalah dengan penambahan 4 sampai 5 air. Kalium permanganat dapat digunakan sebagai pengganti peroksida. Endapan besi hidroksida disaring dengan menggunaka filter 15 mikron (0.6 mil) atau filter yang lebih kecil lagi.

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 27 of 26

Tabel 8 Perkiraan umur pakai komponen yang dilapis seng pada berbagai kondisi lingkungan

Tabel 9 Applikasi dari plating seng pada ketebalan 7 sampai 13 mikron (0.3 sampai 0.5 mil)

Proses Elektroplating Cu, Ni-Cr dan Zn

Page 28 of 26

UNIT 4 ANODIZING DAN PEWARNAAN ALUMINIUM

Anodizing dan Pewarnaan Aluminium

Page 1 of 10

4.1

Latar Belakang. Dengan semakin majunya teknologi serta bahan-bahan teknik sehingga

penggunaan bahan yang mempunyai kekuatan dan keuletan yang tinggi semakin banyak digunakan sekarang ini. Selain mempunyai kekuatan dan keuletan juga harus mempunyai berat jenis yang rendah dengan kata lain sifatnya ringan. Oleh karena itu penggunaan bahan-bahan yang ringan banyak sekali, misalnya yang paling banyak digunakan adalah Aluminium (Al). Dari mulai alat-alat rumah tangga sampai pada bagian-bagian pesawat terbang. Banyaknya pemakaian tersebut maka untuk penggunaan-penggunaan khusus Aluminium tersebut diproses kembali misalnya untuk diperlukan tahan oksidasi maka Aluminium tersebut direaksikan dengan bahan kimia yang sering disebut proses Anodizing. Untuk keperluan dekoratif maka Aluminium yang telah diproses anodizing dilakukan proses pewarnaan (Colouring). Bertitik tolak dari hal tersebut maka penulis menyajikan karya tulis tentang teknologi proses anodizing pada Aluminium berdasarkan pada studi pustaka (teori dasar) dan nara sumber yang telah melakukan proses anodizing secara lengkap dan baik. 4.2

Maksud dan Tujuan. Maksud dari pada proses ini adalah untuk mengetahui sampai sejauh

mana pengaruh dari parameter yang ada pada Aluminium setelah diproses dengan cara anodizing. Tujuan dari pada proses anodizing ini agar pada Aluminium dapat: -

Meningkatkan ketahanan korosi.

-

Meningkatkan ketahanan abrasi.

-

Bersifat dielektrik.

-

Sebagai dekoratif.

Gambar 4.1 Warna daripada Aluminium Anodizing dan Pewarnaan Aluminium

Page 2 of 10

4.3

Teknologi Proses Anodizing. Proses anodizing merupakan proses elektrolisa didalam suatu larutan

elektrolit. Larutan elektrolit yang digunakan yaitu asam sulfat (H2SO4) dan menggunakan listrik arus searah (Direct Current/DC). Dari proses anodizing ini akan dihasilkan lapisan anodis yang merupakan lapisan tipis oksida Aluminium pada permukaan Aluminium. Lapisan oksida Aluminium ini berfungsi sebagai pelindung dan akan tahan terhadap beberapa faktor antara lain: -

Tahan korosi.

-

Tahan abrasi.

-

Isolasi listrik, lapisan anodis yang dihasilkan oleh proses anodizing bersifat dielektrik.

-

Dan sebagai dekoratif. Proses lanjutan dari anodizing adalah proses pewarnaan secara

elektrolitik. Warna yang dihasilkan dari proses ini berbeda tergantung pada waktu, makin lama proses pencelupan warna yang diperoleh akan semakin gelap atau hitam. Dengan warna yang berbeda maka akan mempengaruhi ketebalan dari lapisan tersebut. Anodizing merupakan suatu proses untuk menghasilkan lapisan pelindung dan untuk keperluan dekoratif. Dilain pihak anodizing adalah suatu proses elektrolisis untuk menebalkan dan menstabilkan lapisan oksida pada logam dasar. V

(+)

Sumber Listrik

A

(-) Aluminium Pb Elektrolit

Gambar 4.2 Skema Prisip Kerja Proses Anodizing. Anodizing dan Pewarnaan Aluminium

Page 3 of 10

dimana: V

: Voltmeter

A

: Ampermeter

Proses anodizing ini membentuk suatu lapisan oksida Aluminium pada permukaan batang-batang profil Aluminium dan lapisan ini dapat melindungi terhadap reaksi oksidasi. Dalam proses anodizing pengaruh waktu sangat menentukan terhadap tebal tipisnya lapisan yang dihasilkan seperti yang terlihat pada gambar 4.3.

Hard

Anodizing

Conventional anodizing 7075 2014 2024

Gambar 4.3 Pengaruh Waktu Terhadap Lapisan Anodis yang dihasilkan

Tabel 4.1. Pengaruh Temperatur dan Waktu Anodizing pada Warna 35 0C 30 60 90 120 180

43 0C 30 60 90 120

52 0C 30 60

Anodizing dan Pewarnaan Aluminium

Warna yang dihasilkan Abu-abu mengkilap Abu-abu Tua Kehitam-hitaman Hitam Hitam Pekat

Page 4 of 10

Variasi antara ketebalan anodik dan waktu anodizing dapat berhubungan pula dengan temperatur larutan yang dipakai seperti pada gambar 4.4. Anodic film wt

50 0F (10 0C)

70 0F (21 0C)

122 0F (50 0C)

Anodizing time

Gambar 4.4. Hubungan Antara Ketebalan Anodik dengan Waktu Terhadap Temperatur

4.4

Proses Produksi. Dalam mengerjakan proses anodizing ini ada 3 macam bagian operasi

yang dilakukan, yaitu: 1. Racking 2. Anodizing 3. Unracking Peralatan pembantu untuk mengerjakan proses anodizing ini terdiri dari: a. Rak penggantung (hanger) Rak penggantung ini terbuat dari Aluminium dan digunakan sebagai tempat dari batang-batang profil Aluminium. b. Kawat, garpu dan klem Semua terbuat dari Aluminium dan digunakan untuk mengikat batang-batang profil Aluminium pada rak penggantung. c. Over Head Crane Over head crane ini digunakan untuk mengangkat rak penggantung dari satu tangki proses ke tangki proses lainnya.

Anodizing dan Pewarnaan Aluminium

Page 5 of 10

Penjelasan masing-masing operasi : 1. Racking. Racking adalah proses pemasangan batang-batang profil Aluminium pada rak penggantung (hangaer). Prinsip kerja dari proses ini adalah batangbatang profil yang akan dianodizing diikatkan pada bagian sebelah kiri dan kanan rak penggantung dengan menggunakan kawat aluminium. 2. Anodizing. Pada proses ini jenis dan jumlah bak (tangki) yang digunakan adalah sebagai berikut : - Degreasing Tank : 1 buah - Water Rinse Tank : 12 buah - Etching Tank

: 1 buah

- Desmuting Tank

: 1 buah

- Anodizing Tank

: 3 buah

- Colouring Tank

: 1 buah

- Sealing Tank

: 3 buah

Anodizing dan Pewarnaan Aluminium

Page 6 of 10

Degreasing Pencucian Coastic Etch Pencucian Desmuting Pencucian Anodizing Pencucian Colouring Pencucian Sealing Produk

Gambar 4.5 Skema Proses Anodizing

Urutan proses anodizing secara umum adalah sebagai berikut: a. Degreasing. Degresing adalah proses penghilangan kotoran, seperti minyak, oli dan lemak yang melekat pada batang profil Aluminium. Dengan menggunakan larutan alkaline clean yang dipanaskan sehingga uap panas yang dialirkan melalui pipa yang berada didasar tangki. Proses pengikisan kotoran pada batang profil Aluminium ini diakibatkan desakan uap panas sehingga

Anodizing dan Pewarnaan Aluminium

Page 7 of 10

menggerakkan larutan alkaline clean mengikis kotoran yang ada pada batang-batang profil Aluminium tersebut. b. Pencucian. Tujuan proses ini untuk menghilangkan zat pembersih yang tertinggal pada permukaan, bahan pencuci yang digunakan adalah air bersih. c. Etching Fungsi dan proses ini adalah menghilangkan bagian-bagian yang kasar dan goresan-goresan yang ada pada permukaan batang profil tersebut. Penghilangan goresan-goresan ini, dimaksudkan agar batang-batang profil Aluminium ini mudah dialiri arus listrik pada waktu proses anodizing berlangsung. Untuk menghilangkan goresan tersebut digunakan larutan soda api (NaOH) dengan temperatur pada tangki proses yaitu 55 0C. d. Pencucian. Tujuan pencucian adalah untuk menghilangkan larutan NaOH yang masih ada pada permukaan. Bahan pencuci yang digunakan adalah air bersih. e. Desmuting Desmuting merupakan proses untuk menghilangkan lapisan smut yang diakibatkan oleh proses sebelumnya. Lapisan tersebut terdiri dari partikel antar logam berat atau oksida yang larut dalam alkaline. Untuk menghilangkan oksida-oksida logam berat tersebut digunakan larutan asam nitrat (HNO3) dengan konsentrasi 50 % atau asam sulfat (H2SO4) yang mempunyai konsentrasi 15 %. Perbandingan dengan kedua larutan tersebut 1 : 5. f. Pencucian. Tujuan pencucian adalah untuk menghilangkan larutan yang tertinggal pada permukaan. Air yang digunakan adalah air bersih. g. Anodizing Anodizing adalah proses elektrolisa didalam larutan elektrolit. Sebagai kutub positif pada proses adalah batang-batang profil Aluminium dan katodanya terbuat dari logam Aluminium atau timah hitam. Proses anodizing ini membentuk suatu lapisan oksida Aluminium pada permukaan batang-batang profil Aluminium dan lapisan ini dapat melindungi terhadap reaksi oksidasi. Larutan yang digunakan untuk proses anodizing ini adalah

Anodizing dan Pewarnaan Aluminium

Page 8 of 10

asam sulfat (H2SO4) dengan konsentrasi 20 % ditambah aditive. Pada proses elekrolisa ini digunakan: - Hambatan

: 130 Ohm

- Tegangan

: 30 Volt

- Daya

: 3 Watt

- Temperatur proses

: 20 0C

Reaksi kimia pada proses ini berlangsung sebagai berikut : H2SO4

2H+ + SO42-

Katoda :

2H+ + 2e

H2

Anoda :

SO42-

SO4 + 2e

2SO4

2SO3 + O2

4 Al + 3O2

2Al2O3

Pelapisan Aluminium denngan oksidanya berlangsung terus menerus selama proses elektrolisa dijalankan sebab Al2O3 yang terbentuk tidak menghalangi reaksi dengan oksida aktif, karena selama proses elektrolisa berlanngsung, oksigen yang terikat pada senyawa Aluminium Al2O3 akan berpindah kebatang profil Aluminium yang sebelah dalam untuk membentuk Al2O3 yang baru. h. Pencucian. Proses ini dilakukanuntuk menghilangkan larutan H2SO4 yang masih ada pada permukaan batang-batang profil Alluminium. Bahan pencuci yang digunakan adalah air bersih. i.

Pewarna (Colouring). Colouring merupakan proses pewarnaan secaara elektrolitik. Tujuan dari pewarnaan ini adalah untuk memperindah batang-batang profil Aluminium. Larutan yang digunakan dalam proses ini adalah Cobalt, H2SO4, Tin Sulfat dan additive dengan temperatur proses 20 0C. Warna yang dihasilkan dariproses ini tergantung pada waktu, semakin lama proses pewarnaan berlangsung maka menghasilkan warna yang semakin gelap atau hitam.

j.

Pencucian.

Anodizing dan Pewarnaan Aluminium

Page 9 of 10

Tujuan proses ini adalah untuk menghilangkan kotoran-kotoran yang masih ada pada permukaan. Bahan pencuci yang digunakan adalah air bersih. k. Sealing. Bagian terakhir dari proses anodize adalah sealing. Sealing adalah proses penyempitan pori-pori dari logam Aluminium yang telah dianodize. Proses sealing ini dimaksudkan untuk menstabilkan lapisan anodize (Al2O3). Karena hidrasi yang terjadi pada proses ini akan merubah oksida Aluminium anhidrat menjadi oksida Aluminium hidrat. Prinsip dari proses sealing ini adalah proses antara oksida Aluminium dengan air yang membentuk oksida Aluminium mono hidrat. Reaksi kimia dari proses sealing dapat dilihat sebagai berikut : Al2O3 + H2O

Al2O3 . H2O

Temperatur pemanasan pada tangki proses digunakan 98 0C. Lamanya proses sealing ini tergantung tebalnya batang aluminium yang dianodize.

Sebelum di-sealing

Sesudah di-sealing

Gambar 4.6 Mekanisme Penyempitan Akibat dari Proses Sealing

3. Unracking. Unracking adalah proses melepaskan batang-batang profil Aluminium yang telah dianodizing dari rak penggantung.

Anodizing dan Pewarnaan Aluminium

Page 10 of 10

CARA MELARUTKAN LARUTAN ANODISASI -

Siapkan gelas ukur sesuai dengan ukuran larutan yang akan kita buat.

-

Siapkan larutan asam sulfate 20% dari larutan yang akan di buat.

-

Siapkan additive (Asam Oksalat) 14 – 18 gr/lt.

-

Masukkan air sesuai dengan larutan yang akan kita buat

-

Tambahkan larutan asam sulfate sesuai dg komposisi yg telah ditentukan

-

Tambahkan additive 14 – 18gr

-

Pasangkan katoda dengan menggunakan logam inert

Anodizing dan Pewarnaan Aluminium

Page 11 of 10