BAB II
GALVANIZING
2.1 Pengertian Galvanizing
Pelapisan logam adalah suatu cara yang dilakukan untuk memberikan
sifat tertentu pada suatu permukaan benda kerja, dimana diharapkan benda
tersebut akan mengalami perbaikan baik dalam hal struktur mikro maupun
ketahanannya, dan tidak menutup kemungkinan pula terjadi perbaikan terhadap
sifat fisiknya. Pelapisan logam merupakan bagian akhir dari proses produksi
dari suatu produk. Proses tersebut dilakukan setelah benda kerja mencapai
bentuk akhir atau setelah proses pengerjaan mesin serta penghalusan terhadap
permukaan benda kerja yang dilakukan. Dengan demikian, proses pelapisan
termasuk dalam kategori pekerjaan finishing atau sering juga disebut tahap
penyelesaian dari suatu produksi benda kerja.
Salah satu teknik pelapisan logam adalah galvanizing. Galvanizing adalah
proses penerapan protective zinc coating pada baja atau besi, untuk mencegah
berkarat. Istilah ini berasal dari nama ilmuwan Italia Luigi Galvani. Meskipun
galvanisasi dapat dilakukan dengan elektrokimia dan proses elektrodeposisi,
metode yang paling umum digunakan saat ini adalah hot-dip galvanisasi, di mana
bahan baja di rendam didalam bak zinc cair (molten zinc). Galvanis punya tingkat
ketebalan beragam, mulai dari 1 mikron (seperseribu milimeter) sampai 9 mikron
bahkan lebih. Untuk ketebalan 1 mikron biasanya produsen memberi jaminan 3
tahun anti karat (3 years rust free) dan untuk ketebalan 7 mikron produsen bisa
memberi jaminan hingga 30 tahun.
Proses galvanisasi banyak digunakan dikarenakan efisien, dapat dikerjakan
dalam kondisi cuaca apapun. Lapisan galvanis memberikan perlindungan
penghalang (barrier protection), lapisan galvanis memberikan perlindungan
katoda dengan cara mengorbankan lapisan seng sebelum lapisan logam yang
dilindungi, lapisan galvanis memberikan perlindungan.
2.2 Proses Galvanizing
Galvanisasi merupakan salah satu cara untuk mengurangi/ menghindari
proses korosi dengan melapisi logam yang kita ingin lindungi dengan logam lain
yang lebih mudah terkorosi. Ide galvanisasi sendiri berawal dari proses sel galvani
dan korosi galvani.
Sel galvani atau disebut juga sebagai sel volta adalah sel elektrokimia yang
dapat menyebabkan terjadinya energi listrik dari reaksi reduksi dan oksidasi
(redoks) yang spontan. Reaksi redoks spontan yang dapat mengakibatkan
terjadinya energi listrik ini ditemukan oleh Luigi Galvani dan Alessandro
Guiseppe volta.
Gambar 2.1 Rangkaian Sel Galvanis
Sel galvani terdiri dari beberapa bagian, yaitu:
1. Voltmeter, untuk menentukan besarnya potensial sel.
2. Jembatan garam (salt bridge), untuk menjaga kenetralan muatan listrik pada
larutan.
3. Anoda, elektroda negatif tempat terjadinya reaksi oksidasi.
4. Katoda, elektroda positif tempat terjadinya reaksi reduksi .
Pada anoda, logam Zn melepaskan elektron dan menjadi Zn2+ terlarut.
Zn(s) Zn2+(aq) + 2e-
Pada katoda, ion Cu2+ menangkap elektron dan mengendap menjadi logam Cu.
Cu2+(aq) + 2e Cu(s)
Hal ini dapat diketahui dari berkurangnya massa logam Zn setelah reaksi,
sedangkan massa logam Cu bertambah. Reaksi total yang terjadi pada sel galvani
adalah:
Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+
(aq) + Cu(s)
Pelapisan dengan metode hot dip galvanizing sering juga disebut dengan
proses pelapisan logam dengan logam lain yang lebih anodik sesuai dengan deret
galvanik.
Gambar 2.2 Deret Galvanik
(http://www.ianosbackfill.com/2003/12/the_galvanic_se.html)
Pada gambar 2.2 menunjukkan deret galvanik. Dari gambar ini dapat
diketahui bahwa seng bersifat lebih aktif (anodik) dari logam baja ataupun logam
lain seperti Al, Cd, Sn dsb. Oleh karena itu, seng dapat melindungi logam lain
terhadap serangan korosi.
Karat (oksida) dibiarkan tanpa perlindungan di hampir setiap lingkungan.
Menerapkan lapisan tipis seng baja adalah cara yang efektif dan ekonomis untuk
melindunginya dari korosi. Pelapis seng melindungi dengan menyediakan
penghalang fisik dan proteksi katodik logam yang akan dilindunginya.
Mekanisme utamanya yakni dimana lapisan galvanis melindungi logam utamanya
dengan memberikan penghalang untuk mencegah uap air kontak langsung dengan
logam. Tanpa kelembaban (elektrolit) tidak ada korosi. Sifat dari proses
galvanizing tidak hanya memastikan bahwa lapisan seng yang tahan terhadap
kelembaban, tetapi melekat dengan baik untuk logam dengan abrasi yang sangat
baik dan ketahanan korosi.
Lapisan galvanis tidak akan retak dari waktu ke waktu dengan cara pelapis
penghalang lainnya seperti cat. Namun, lapisan galvanis bersifat reaktif,
menimbulkan korosi dan mengikis lapisan logam secara perlahan, tapi memiliki
masa kerja yang berbanding lurus dengan ketebalan lapisan. Juga, kemampuan
seng pelapis untuk melindungi baja dengan bertindak sebagai penghalang
tergantung pada laju korosi seng dalam suatu lingkungan tertentu. Oleh karena itu
penting untuk memahami mekanisme korosi seng dan faktor-faktor apa saja yang
mempengaruhi laju korosinya.
Logam hasil galvanisasi bereaksi dengan lingkungan sekitarnya untuk
membentuk serangkaian produk korosi. Di udara, seng segera bereaksi dengan
oksigen membentuk lapisan seng oksida yang sangat tipis. Ketika muncul upa air,,
seng dan oksida akan bereaksi dengan air, sehingga pembentukan seng hidroksida.
Produk korosi akhir seng karbonat, yang dihasilkan dari seng hidroksida bereaksi
dengan karbon dioksida di udara. Zinc karbonat adalah lapisan tipis yang stabil,
ulet, dan memberikan perlindungan terhadap seng yang mendasari, dan
menghasilkan laju korosi rendah pada kebanyakan lingkungan. Karena lapisan
pelindung ini yang terbentuk pada seng di atmosfer, laju korosi adalah 7 sampai
10 kali lebih lambat dibandingkan besi.
Laju korosi seng berkorelasi dengan dua faktor utama yaitu waktu
kelembababan dan konsentrasi polutan udara. Korosi hanya terjadi ketika
permukaan basah. Pengaruh pembasahan pada laju korosi seng tergantung pada
jenis kelembaban. Misalnya, ketika uap air dari curah hujan menempel pada
logam, korosi akan dibentuk oleh kondensasi uap air tersebut dan membentuk
korosi.
PH larutan air yang kontak dengan seng memiliki pengaruh yang signifikan
terhadap tingkat korosi. Pada pH di bawah 6 dan di atas 12 akan terjadi
pengingkatan laju korosi secara substansial. Kebanyakan atmosfer di industri
mengandung sulfur dalam bentuk sulfur dioksida dan asam sulfat, dan
berkontribusi terhadap hujan asam yang dapat memiliki pH kurang dari 6. Gambar
2.3 menggambarkan pengaruh pH air pada laju korosi seng.
Gambar 2.3 Pengaruh pH pada Laju Korosi
Lingkungan klorida (yaitu laut) memiliki jauh lebih sedikit efek pada laju
korosi seng dari senyawa belerang, tetapi karena klorida dapat terjadi di
lingkungan biasa, mungkin akan menjadi masalah lingkungan yang paling sering
memerlukan perlindungan korosi ekstra. Meskipun demikian, bagian galvanis
terkena luar bisa tetap bebas karat selama bertahun-tahun dan dua alasan dasar
film seng karbonat relatif stabil yang terbentuk pada permukaan seng dan
perlindungan korban yang disediakan oleh seng.
Umur pakai logam yang dilapisi seng tergantung pada kondisi eksposur dan
pada ketebalan lapisan. Hubungan faktor-faktor ini ditunjukkan pada Gambar 2.4
Gambar 2.4 Umur pakai untuk produk hasil galvanizing pada berbagai
lingkungan
2.3 Jenis- Jenis Galvanizing
Zinc memiliki sejumlah karakteristik yang membuatnya korosi cocok lapisan
pelindung untuk produk besi dan baja di sebagian besar lingkungan. th e kinerja
lapangan yang sangat baik dari seng pelapis hasil dari kemampuannya untuk
membentuk padat, patuh film produk korosi dan laju korosi jauh di bawah bahan
besi (sekitar 10 sampai 100 kali lebih lambat tergantung pada lingkungan).
Sementara permukaan seng segar cukup reaktif saat terkena atmosfer, lapisan tipis
produk korosi berkembang pesat, sangat mengurangi laju korosi lebih lanjut.
Banyak jenis galvanizing yang tersedia secara komersial, antara lain hot-dip
galvanizing, electrogalvanizing, zinc plating, mechanical plating, zinc spraying,
dan zinc painting.
2.3.1 Hot-Dip Galvanizing
Pelapisan secara hot dip galvanizing (pelapisan secara celup panas)
adalah suatu proses pelapisan dimana logam pelapisnya dipanaskan terlebih
dahulu hingga mencair, kemudian logam yang akan dilapisi yang biasa
disebut logam dasar dicelupkan ke dalam bak galvanis yang telah berisi seng
cair, sehingga dalam beberapa saat logam tersebut akan terlapisi oleh lapisan
berupa lapisan paduan antara logam pelapis (seng) dengan logam dasar dalam
bentuk ikatan metalurgi yang kuat dan tersusun secara berlapis-lapis yang
disebut fasa.
Proses pelapisan dengan metode hot dip galvanizing dapat dibagi
menjadi tiga proses, yaitu :
a. Tahap persiapan
Tahap persiapan berfungsi untuk menghilangkan asam atau basa yang
merupakan bahan pengotor yang menempel pada spesimen, hal ini
dimaksudkan agar diperoleh kondisi permukaan yang bersih dan diperoleh
hasil lapisan yang baik. Proses pembersihan permukaan yang akan dilapisi
dapat dilakukan sesuai dengan jenis pengotor yang menempel pada
permukaan spesimen, namun proses pembersihan ini dapat dikelompokkan
menjadi dua yaitu proses pembersihan secara fisik (mekanik) dan proses
pembersihan secara kimiawi.
Pembersihan secara fisik dapat berupa pengamplasan dengan
menggunakan mesin gerinda, yang meliputi menghaluskan permukaan yang
tidak rata dan penghilangan goresan-goresan serta kotoran yang
menempel pada permukaan spesimen.
Gambar 2.2. Surface Preparation
Proses pembersihan secara kimiawi merupakan proses pembersihan
pengotor yang menempel pada permukaan spesimen dengan menggunakan
bahan-bahan kimia. Proses pembersihan ini meliputi :
1. Degreasing
Proses degreasing merupakan proses yang bertujuan untuk menghilangkan
kotoran, minyak, lemak, cat dan kotoran padat lainnya yang menempel pada
permukaan spesimen. Proses pembersihan dilakukan dengan menggunakan
larutan NaOH (soda kaustik) dengan konsentrasi 5% – 10% pada suhu 70oC –
90oC selama kurang lebih 10 menit.
2. Rinsing I
Proses rinsing I bertujuan untuk membersihkan soda kaustik pada proses
degreasing yang masih menempel pada permukaan spesimen dalam dengan
menggunakan air bersih pada temperatur kamar.
3. Pickling
Proses pickling bertujuan untuk menghilangkan karat yang melekat pada
permukaan spesimen dengan cara dicelupkan ke dalam larutan HCl (asam
klorida) atau larutan H2SO4 (asam sulfat) dengan konsentrasi 10% – 15%
selama 15 – 20 menit.
4. Rinsing II
Proses rinsing II bertujuan untuk membersihkan larutan HCl atau H2SO4
yang menempel pada spesimen saat proses pickling dengan menggunakan air
bersih pada temperatur kamar.
5. Fluxing
Proses fluxing merupakan proses pelapisan awal dengan menggunakan
Zinc Amonium Cloride (ZAC) dengan konsentrasi 20% – 30% selama 5 – 8
menit. Proses fluxing dilakukan dengan tujuan sebagai lapisan dasar untuk
memperkuat lapisan seng pada saat dilakukan proses pelapisan, sebagai
katalisator reaksi terjadinya pelapisan Fe-Zn serta untuk menghindari
terjadinya proses oksidasi sebelum proses galvanizing dilakukan.
Proses fluxing berlangsung pada temperatur 60oC – 80oC, hal ini
dimaksudkan agar perpindahan panas pada spesimen berlangsung secara
perlahan dan bertahap sehingga dapat menghindari terjadinya deformasi
plastis yang dapat mengganggu proses pelekatan seng pada benda kerja saat
proses galvanizing berlangsung.
6. Drying
Proses drying merupakan proses pengeringan dan pemanasan awal dengan
menggunakan gas panas yang suhunya kurang lebih 150oC, tujuannya untuk
menghilangkan cairan yang mungkin terdapat pada permukaan spesimen
yang dapat menyebabkan terjadinya ledakan uap saat proses galvanizing
berlangsung.
b. Tahap pencelupan (galvanizing)
Spesimen yang telah mengalami tahap persiapan (pre-treatment) dan telah
bersih dari segala pengotor kemudian langkah berikutnya yaitu dilakukan
proses pencelupan (galvanizing). Selama proses galvanizing berlangsung,
cairan seng akan melapisi baja dengan membentuk lapisan baja seng
kemudian barulah terbentuk lapisan yang sepenuhnya berupa unsur seng pada
permukaan terluar baja, larutan yang digunakan minimal adalah 98 % murni
unsur seng. Tahap pencelupan dilakukan selama kurang lebih 1,5 menit pada
suhu 440oC – 460oC. Ketebalan lapisan seng pada pelapisan dengan metode
hot dip galvanizing dipengaruhi oleh kondisi permukaan, lamanya
pencelupan dantemperatur pencelupan.
Gambar 2.3 Wet and Dry Galvanizing
Dalam proses galvanizing, umumnya terdapat dua tipe, yakni tipe
galvanisasi basah dan galvanisasi kering. Perbedaan keduanya, terletak pada
proses fluxing. Pada proses kering, fluxing dilakukan dengan larutan
amonium klorida sedangkan pada proses basah, fluxing menggunakan molten
flux blanket pada zinc bath surface.
c. Tahap pendinginan dan tahap akhir
Tahap pendinginan dilakukan dengan mencelupkan spesimen ke dalam
larutan sodium cromate dengan konsentrasi 0,015% pada suhu kamar ataupun
dengan menggunakan air. Proses ini bertujuan untuk mencegah terjadinya
white rust. Bagian akhir dari proses pelapisan berupa menghaluskan
permukaan yang runcing yang disebabkan oleh cairan seng yang hendak
menetes namun telah mengering terlebih dahulu.
2.3.2 Electro-galvanizing
Elektro coating galvanis diterapkan untuk baja lembaran atau strip
oleh elektrodeposisi. Electrogalvanizing adalah operasi kontinyu di mana baja
lembaran atau strip dimasukkan melalui peralatan entri yang sesuai, diikuti
oleh serangkaian pembesihan dan bilasan dan akhirnya ke dalam zinc plating
bath. Rangkaian seng yang paling umum digunakan adalah elektrolit-anoda
menggunakan timbal-perak, atau anoda larut lainnya dan elektrolit seng
sulfat. Anoda larut seng murni juga digunakan. Dalam proses ini, lembar
katoda logam berkembang sebagai ion seng dalam larutan elektrik dan
berubah menjadi seng logam dan diendapkan pada katoda. Penghalus butir
dapat ditambahkan untuk membantu menghasilkan permukaan yang halus.
Lapisan deposit seng terdiri dari seng murni yang melekat ke logam.
Lapisan ini sangat ulet bahkan setelah dilakukan proses deformasi. Berat
lapisan yang dihasilkan berkisar hingga 0,2 oz/ft2 (60 g / m2), atau ketebalan
hingga 0,36 mil (9,1 m) per sisi. Sedangkan pada kawat, berat lapisan dapat
mencapai hingga 3 oz/ft2 (915 g/m2). Lapisan seng murni lebih tipis dari
lembar galvanis. Proses perlakuan pada kawat dan pelapisannya dapat
mereduksi sampai 95% tergantung pada komposisi kimia dari kawat,
perlakuan panas, dan diameter.
Gambar 2.5 Electro-galvanizing Wire
Pelapisan elektro-galvanizing umumnya diterapkan untuk baja
lembaran dan kawat. Aplikasi yang paling umum adalah pada automobile,
badan alat dan fasteners. Selanjutnya, untuk memperpanjang umur pakai,
pelapis elektro galvanis dapat dilakukan treatment untuk membuatnya dapat
diproses pada tahap selanjutnya yaitu painting dan ini sering
direkomendasikan karena lapisan seng yang sangat tipis.
2.3.4 Zinc Painting
Zinc painting, sering keliru disebut cold galvanizing adalah aplikasi
dengan kuas atau semprot debu dari seng dicampur dengan bahan pengikat
organik atau anorganik. Debu seng harus dicampur dengan polimer untuk
menghasilkan campuran homogen dan adhesi yang tepat. Cat kaya seng
biasanya berisi 92-95% logam seng dalam film kering. Ketika disemprotkan ,
garis pakan harus dijaga sesingkat mungkin untuk mencegah pengendapan
debu seng dan mantel film yang tidak merata. Zinc painting dapat diterapkan
baik dalam ruangan atau lapangan.
Seperti semua lapisan cat, cat kaya seng adalah pelapisan permukaan.
Cat seng kaya bahan organik yang terdiri dari epoxies, hidrokarbon
diklorinasi, dan polimer lainnya atau anorganik berdasarkan silikat alkil
organik. Cat organik atau anorganik yang diterapkan pada ketebalan film
kering dari 2.5 sampai 3.5 mils. Jika diterapkan terlalu tebal, retak dapat
terjadi.
Gambar 2.6 Lapisan Zinc Painting
Salah satu kesamaan dari semua pelapisan seng adalah perlindungan
katodik yang diberikan. Pelapisan cat seng berbeda dari pelapisan lain karena
ada bahan mengikat digunakan untuk membentuk partikel seng. Untuk
perlindungan katodik debu seng harus berada pada konsentrasi yang cukup
tinggi untuk menyediakan konduktivitas antara partikel seng dan baja. Ini
adalah alasan lain agitasi konstan dan campuran yang homogen penting
selama aplikasi.
Cat kaya seng organik dan anorganik sedikit berbeda dalam kinerja
mereka. Cat anorganik yang melekat pada logam dengan reaktivitas kimia
ringan memiliki ketahanan pelarut yang baik dan dapat menahan suhu sampai
sekitar 700 F (375 Celcius). Densitas cat anorganik sekitar setengah densitas
seng per mil batch hot-dip coating galvanis.
Sifat-sifat cat organik tergantung pada sistem pelarut. Beberapa
mantel dapat diterapkan dalam waktu 24 jam tanpa retak. Cat organik tidak
memiliki ketahanan suhu yang sama dengan anorganik karena mereka
terbatas pada suhu 200-300 F. Seng kaya cat dapat diterapkan untuk baja dari
berbagai ukuran dan bentuk, meskipun aplikasi yang sulit di fabrikasi yang
lebih kompleks. Cat kaya seng banyak digunakan untuk proses yang
membutuhkan kinerja yang tinggi, dua dan tiga sistem mantel dan untuk
touch-up dan perbaikan batch hot-dip coating galvanis. Dalam lingkungan
ringan, cat anorganik seng dapat digunakan secara terpisah untuk
perlindungan korosi, tetapi harus dilapisi dengan baik agar memperpanjang
umur pakainya.
2.3.5 Zinc Spray Metallizing
Zinc penyemprotan, atau Metallizing, dilakukan dengan makan bubuk
seng atau kawat menjadi senjata dipanaskan, di mana ia mencair dan
disemprotkan ke bagian menggunakan gas pembakaran dan / atau tambahan
udara terkompresi untuk memberikan kecepatan yang diperlukan (Gambar 6).
Sebelum Metallizing, baja harus dibersihkan abrasively
Lapisan seng 100% dapat diterapkan di toko atau lapangan, namun
lebih sering dilakukan di toko mana panas untuk mencair lebih mudah
tersedia. Panas disuplai oleh pembakaran api gas oksigen-bahan bakar atau
dengan busur listrik. Proses telah dikembangkan untuk makan seng cair
langsung ke nosel semprot, tapi hanya untuk di aplikasi toko. Berikut aplikasi
seng, lapisan biasanya ditutup dengan viskositas rendah poliuretan, epoxy-
fenolik, epoksi, atau resin vinyl.
Lapisan seng metalisasi kasar dan sedikit berpori, dengan kepadatan
sekitar 80% yang batch hot-dip galvanizing. Sebagai lapisan metalisasi
terkena atmosfer, produk seng korosi cenderung untuk mengisi pori-pori
memberikan perlindungan katodik konsisten. Metallizing mencakup lasan,
jahitan, berakhir, dan paku keling dengan baik dan dapat diterapkan lebih dari
10 mils (254 m). Namun, lapisan seng murni mekanis-terikat dapat menjadi
tidak konsisten dan memerlukan operator yang terampil untuk aplikasi
terbaik. Coatings cenderung tipis di sudut-sudut dan tepi, dan tidak ada
lapisan diterapkan pada permukaan interior atau sulit relung akses dan gigi
berlubang.
Recommended