Dasar Teori Elektroplating
Elektroplating dibuat dengan jalan mengalirkan arus listrik melalui larutan antara logam atau material lain yang konduktif. Dua buah plat logam merupakan anoda dan katoda dihubungkan pada kutub positif dan negatif terminal sumber arus searah (DC). Logam yang terhubung dengan kutub positif disebut anoda dan yang terhubung dengan kutub negatif disebut katoda. Ketika sumber tegangan digunakan pada elektrolit, maka kutub positif mengeluarkan ion bergerak dalam larutan menuju katoda dan disebut sebagai kation. Kutub negatif juga mengeluarkan ion, bergerak menuju anoda
dan disebut sebagai anion. Larutannya disebut elektrolit.
Hubungan antara voltase dalam elektrolit dan kekuatan arus listrik yang mengalir ditunjukkan oleh hukum Ohm yaitu :
Besarnya listrik yang mengalir yang dinyatakan dengan Coulomb adalah sama dengan arus listrik dikalikan dengan waktu. Dalam pemakaian secara umum atau dalam pemakaian elektroplating satuannya adalah ampere-jam (Ampere-hour) yang besarnya 3600 coulomb, yaitu sama dengan listrik yang mengalir ketika arus listrik sebesar 1 ampere mengalir selama 1 jam.
Michael Faraday pada tahun 1833 menetapkan hubungan antara kelistrikan dan ilmu kimia pada semua reaksi elektrokimia. Dua hukum Faraday ini adalah :
1. Hukum I : Jumlah dari tiap elemen atau grup dari elemen-elemen yang dibebaskan pada kedua anoda dan katoda selama elektrolisa sebanding dengan jumlah listrik yang mengalir dalam larutan.
2. Hukum II : Jumlah dari arus listrik bebas sama dengan jumlah ion atau jumlah substansi ion yang dibebaskan dengan memberikan sejumlah arus listrik adalah sebanding dengan berat ekivalennya.
Hukum I membuktikan terdapat hubungan antara reaksi kimia dan jumlah total listrik yang melalui elektrolit. Menurut Faraday, arus 1 Ampere mengalir selama 96.496 detik ( 26,8 jam) membebaskan 1,008 gram hidrogen dan 35,437 gram khlor dari larutan asam khlorida encer. Seperti hasil yang ditunjukkan bahwa 96.496 coulomb arus listrik membebaskan satu satuan berat ekivalen ion positif dan negatif. Oleh sebab itu 96.496 coulomb atau kira-kira 96.500 coulomb yang disebut 1 Faraday sebanding dengan berat 1 elektrokimia. Untuk menentukan logam yang terdeposisi dengan arus dan waktu dapat ditentukan :
Langkah selanjutnya adalah mengalikan bilangan Faraday dengan bilangan gram yang diendapkan oleh 1 Faraday (gram ekivalen), maka persamaannya menjadi:
Untuk menentukan tebal pelapisan yang terjadi perlu diketahui berat jenis dari logam yang terlapis pada katoda. Hubungan berat jenis dengan harga-harga yang lainnya adalah sebagai berikut :
Efisiensi plating pada umumnya dinyatakan sebagai efisiensi arus anoda maupun katoda. Efisiensi katoda yaitu arus yang digunakan untuk pengendapan logam pada katoda dibandingkan dengan total arus masuk. Arus yang tidak dipakai untuk pengendapan digunakan untuk penguraian air membentuk gas hidrogen, hilang menjadi panas atau pengendapan logam-logam lain sebagai impuritas yang tak diinginkan. Efisiensi anoda yaitu perbandingan antara jumlah logam yang terlarut dalam elektrolit dibanding dengan jumlah teoritis yang dapat larut menurut Hukum Faraday.Kondisi plating yang baik bila diperoleh efisiensi katoda sama dengan efisiensi anoda, sehingga konsentrasi larutan bila menggunakan anoda aktif akan selalu tetap.
Efisiensi arus katoda sering dipakai sebagai pedoman menilai apakah semua arus yang masuk digunakan untuk mengendapkan ion logam pada katoda sehingga didapat efisisensi plating sebesar 100 % ataukah lebih kecil. Adanya kebocoran arus listrik, larutan yang tidak homogen dan elektrolisis air merupakan beberapa penyebab rendahnya efisiensi.
Elektrolisis air merupakan reaksi samping yang menghasilkan gas hidrogen pada katoda dan gas oksigen pada anoda.Reaksi elektrolisis air dapat dituliskan sebagai berikut :
Secara praktis efisiensi plating dinyatakan sebagai perbandingan berat nyata terhadap berat teoritis endapan pada katoda.
Apabila logam dimasukkan pada larutan yang mengandung ionnya sendiri akan menimbulkan beda potensial antara logam tersebut dengan larutan. Beda potensial ini disebabkan karena atom dari logam untuk menjadikan satu atau lebih muatan negatif dan lepas ke dalam larutan dalam bentuk ion.
Pada saat yang bersamaan terjadi reaksi kebalikan dalam larutan. Dua reaksi yang berlawanan tersebut berlangsung pada kecepatan yang tidak sama, maka potensial ini akan diatur oleh permukaan logam dan elekrolit yang berhubungan dengan permukaan logam. Akhirnya kondisi setimbang tercapai dimana ionisasi dan pelepasan berlangsung tepat pada kecepatan yang sama. Kesetimbangan ini disebut dengan potensial kesetimbangan atau potensial bolak-balik pada partikel logam pada laruan yang dipergunakan.
Potensial elektroda standar berdasarkan skala hidrogen, dimana semua logam-logam sebelum hidrogen pada skala hidrogen mampu menggantikan hidrogen dari larutan yang mengandung ion hidrogen, dan logam-logam setelah hidrogen pada skala hidrogen biasanya tidak dapat menggantikan hidrogen secara langsung. Berikut ini adalah skala hidrogen :
Logam seng, timah hitam dan timah putih dinamakan logam dasar karena mudah larut di dalam asam dan ditunjukkan oleh tanda potensial negatif, sedangkan kebalikan dari ketiga logam diatas adalah logam mulia seperi tembaga, perak dan emas ditunjukkan oleh tanda potensial positif.
PELAPISAN TEMBAGAdan disebut sebagai anion. Larutannya disebut elektrolit.
Hubungan antara voltase dalam elektrolit dan kekuatan arus listrik yang mengalir ditunjukkan oleh hukum Ohm yaitu :
Besarnya listrik yang mengalir yang dinyatakan dengan Coulomb adalah sama dengan arus listrik dikalikan dengan waktu. Dalam pemakaian secara umum atau dalam pemakaian elektroplating satuannya adalah ampere-jam (Ampere-hour) yang besarnya 3600 coulomb, yaitu sama dengan listrik yang mengalir ketika arus listrik sebesar 1 ampere mengalir selama 1 jam.
Michael Faraday pada tahun 1833 menetapkan hubungan antara kelistrikan dan ilmu kimia pada semua reaksi elektrokimia. Dua hukum Faraday ini adalah :
1. Hukum I : Jumlah dari tiap elemen atau grup dari elemen-elemen yang dibebaskan pada kedua anoda dan katoda selama elektrolisa sebanding dengan jumlah listrik yang mengalir dalam larutan.
2. Hukum II : Jumlah dari arus listrik bebas sama dengan jumlah ion atau jumlah substansi ion yang dibebaskan dengan memberikan sejumlah arus listrik adalah sebanding dengan berat ekivalennya.
Hukum I membuktikan terdapat hubungan antara reaksi kimia dan jumlah total listrik yang melalui elektrolit. Menurut Faraday, arus 1 Ampere mengalir selama 96.496 detik ( 26,8 jam) membebaskan 1,008 gram hidrogen dan 35,437 gram khlor dari larutan asam khlorida encer. Seperti hasil yang ditunjukkan bahwa 96.496 coulomb arus listrik membebaskan satu satuan berat ekivalen ion positif dan negatif. Oleh sebab itu 96.496 coulomb atau kira-kira 96.500 coulomb yang disebut 1 Faraday sebanding dengan berat 1 elektrokimia. Untuk menentukan logam yang terdeposisi dengan arus dan waktu dapat ditentukan :
Langkah selanjutnya adalah mengalikan bilangan Faraday dengan bilangan gram yang diendapkan oleh 1 Faraday (gram ekivalen), maka persamaannya menjadi:
Untuk menentukan tebal pelapisan yang terjadi perlu diketahui berat jenis dari logam yang terlapis pada katoda. Hubungan berat jenis dengan harga-harga yang lainnya adalah sebagai berikut :
Efisiensi plating pada umumnya dinyatakan sebagai efisiensi arus anoda maupun katoda. Efisiensi katoda yaitu arus yang digunakan untuk pengendapan logam pada katoda dibandingkan dengan total arus masuk. Arus yang tidak dipakai untuk pengendapan digunakan untuk penguraian air membentuk gas hidrogen, hilang menjadi panas atau pengendapan logam-logam lain sebagai impuritas yang tak diinginkan. Efisiensi anoda yaitu perbandingan antara jumlah logam yang terlarut dalam elektrolit dibanding dengan jumlah teoritis yang dapat larut menurut Hukum Faraday.Kondisi plating yang baik bila diperoleh efisiensi katoda sama dengan efisiensi anoda, sehingga konsentrasi larutan bila menggunakan anoda aktif akan selalu tetap.
Efisiensi arus katoda sering dipakai sebagai pedoman menilai apakah semua arus yang masuk digunakan untuk mengendapkan ion logam pada katoda sehingga didapat efisisensi plating sebesar 100 % ataukah lebih kecil. Adanya kebocoran arus listrik, larutan yang tidak homogen dan elektrolisis air merupakan beberapa penyebab rendahnya efisiensi.
Elektrolisis air merupakan reaksi samping yang menghasilkan gas hidrogen pada katoda dan gas oksigen pada anoda.Reaksi elektrolisis air dapat dituliskan sebagai berikut :
Secara praktis efisiensi plating dinyatakan sebagai perbandingan berat nyata terhadap berat teoritis endapan pada katoda.
Apabila logam dimasukkan pada larutan yang mengandung ionnya sendiri akan menimbulkan beda potensial antara logam tersebut dengan larutan. Beda potensial ini disebabkan karena atom dari logam untuk menjadikan satu atau lebih muatan negatif dan lepas ke dalam larutan dalam bentuk ion.
Pada saat yang bersamaan terjadi reaksi kebalikan dalam larutan. Dua reaksi yang berlawanan tersebut berlangsung pada kecepatan yang tidak sama, maka potensial ini akan diatur oleh permukaan logam dan elekrolit yang berhubungan dengan permukaan logam. Akhirnya kondisi setimbang tercapai dimana ionisasi dan pelepasan berlangsung tepat pada kecepatan yang sama. Kesetimbangan ini disebut dengan potensial kesetimbangan atau potensial bolak-balik pada partikel logam pada laruan yang dipergunakan.
Potensial elektroda standar berdasarkan skala hidrogen, dimana semua logam-logam sebelum hidrogen pada skala hidrogen mampu menggantikan hidrogen dari larutan yang mengandung ion hidrogen, dan logam-logam setelah hidrogen pada skala hidrogen biasanya tidak dapat menggantikan hidrogen secara langsung. Berikut ini adalah skala hidrogen :
Logam seng, timah hitam dan timah putih dinamakan logam dasar karena mudah larut di dalam asam dan ditunjukkan oleh tanda potensial negatif, sedangkan kebalikan dari ketiga logam diatas adalah logam mulia seperi tembaga, perak dan emas ditunjukkan oleh tanda potensial positif.
Dalam pelapisan tembaga digunakan bermacam-macan larutan elektrolit, yaitu :
1. Larutan asam
2. Larutan sianida
3. Larutan fluoborat
4. Larutan pyrophosphat
Diantara empat macam larutan di atas yang paling banyak digunakan adalah larutan asam dan larutan sianida
PELAPISAN TIMAH PUTIH
Pelapisan timah putih pada besi dengan cara listrik (elektroplating) sudah sangat lama dilakukan untuk kaleng-kaleng makanan, minuman dan sebagainya. Pelapisan secara listrik pada umumnya sudah menggantikan pelapisan secara celup panas, karena pelapisan secara celup panas menghasilkan lapisan yang tebal dan kurang merata (kurang halus) sedangkan pelapisan secara listrik dapat menghasilkan lapisan yang tipis dan lebih merata/halus. Dengan keuntungan tersebut pada saat ini lebih banyak industri yang melakukan pelapisan timah putih secara listrik dari pada secara celup panas (Hot Dip Galvanizing)..
PELAPISAN SENG
Seng sudah lama dikenal sebagai pelapis besi yang tahan korosi, murah harganya, dan mempunyai tampak permukaan yang cukup baik. Pelapisan senga pada besi dilaksanakan dengan beberapa cara seperti galvanizing, sherardizing, atau metal spraying. Namun pelapisan secara listrik (elektroplating) lebih disukai karena mempunyai beberapa keuntungan bila dibandingkan dengan cara-cara pelapisan yang lain, diantaranya :
a. Lapisan lebih merata
b. Daya rekat lapisan lebih baik
c. Tampak permukaan lebih baik
Karena beberapa keuntungan itulah maka lebih banyak dilaksanakan pelapisan secara listrik daripada cara-cara lainnya. Pelapisan seng secara listrik kadang juga disebut elektro-galvanizing. Larutan elektrolit yang sering digunakan ada dua macam yaitu larutan asam dan larutan sianida. Bila kedua larutan tersebut dibandingkan maka permukaan lapisan hasil dari penggunaan larutan sianida adalah lebih baik jika dibandingkan dengan larutan asam. Namun larutan asam digunakan bila dikehendaki kecepatan pelapisan yang tinggi dan biaya yang lebih murah.
Larutan lain yang sering digunakan pada pelapisan adalah larutan alkali zincat dan larutan pyrophosphat.
PELAPISAN NIKEL
Pada saat ini, pelapisan nikel pada besi banyak sekali dilaksanakan baik untuk tujuan pencegahan karat ataupun untuk menambah keindahan. Dengan hasil lapisannya yang mengkilap maka dari segi ini nikel adalah yang paling banyak diinginkan untuk melapis permukaan. Dalam pelapisan nikel selain dikenal lapisan mengkilap, terdapat juga jenis pelapisan yang buram hasilnya. Akan tetapi tampak permukaan yang buram inipun dapat juga digosok hingga halus dan mengkilap. Jenis lain dari pelapisan nikel adalah pelapisan yang berwarna hitam. Warna hitam inipun tampak menarik dan digunakan biasanya untuk melapis laras senapan dan lainnya.
PELAPISAN KHROM
Selain nikel, maka pelapisan khrom banyak dilaksanakan untuk mendapatkan permukaan yang menarik. Karena sifat khas khrom yang sangat tahan karat maka pelapisan khrom mempunyai kelebihaan tersendiri bila dibandingkan dengan pelapisan lainnya. Selain sifat dekoratif dan atraktif dari pelapisan khrom, keuntungan lain dari pelapisan khrom adalah dapat dicapainya hasil pelapisan yang keras. Sumber logam khrom didapat dari asam khrom, tapi dalam perdagangan yang tersedia adalah khrom oksida (Cr O3) sehingga terdapatnya asam khrom adalah pada waktu khrom oksida bercampur dengan air
Pengerjaan Lapis Listrik
Pemilihan Jenis Pelapis
Di dalam proses lapis listrik, logam-logam yang umumnya digunakan untuk pelapis antara lain adalah : kadmium, khrom,tembaga, emas, perak, timbal, nikel dan seng, sedangkan logam paduan yang digunakan antara lain adalah kuningan dan perunggu.
Lapis Logam Mulia
Logam-logam pelapis yang termasuk dalam golongan ini adalah logam yang betul-betul melindungi. Logam ini lebih bersifat katodik daripada logam yang dilindungi. Sebagian besar dari logam pelindung termasuk ke dalam golongan ini.
Lapis Logam Korban
Logam-logam pelapis yang termasuk dalam golongan ini adalah logam-logam yang lebih anodik dari logam yang dilindungi, sehingga logam pelindung ini akan rusak lebih dahulu, contoh:seng.
Untuk mendapatkan perlindungan yang baik, pemilihan jenis pelapis perlu dilakukan secara hati-hati. Hal-hal penting yang perlu di jadikan dasar pertimbangam adalah :
Tujuan Melapisi
Tujuan melapisi dapat dibagi menjadi 3 kelompok.Kelompok 1.: Hanya untuk menambah daya tahan terhadap korosi.Contoh : lapis seng pada kawat baja untuk jalur komunikasi.
Kelompok 2.: Untuk mendapatkan permukaan yang tahan korosi dan sifat tertentu yang tidak dimiliki oleh logam yang akan dilapisi.Contoh : lapis nikel & khrom pada relay tilpun, dimana selainuntuk melindungi logam dasarnya dari korosi juga diharapkan akan memperbaiki sifat tahan aus.(wear resistance).
Kelompok 3.: Hanya untuk mendapatkan sifat tertentu.
Contoh : lapis khrom pada silinder dan bagian lain dari mesin pembakaran, dimaksudkan untuk 91 memperbaiki sifat tahan aus dan lubrikasi dari permukaannya.
Fungsi dari benda yang dilapisi
Sebelum menentukan jenis pelapis yang akan digunakan,terlebih dahulu perlu diketahui fungsi dari benda yang akan dilapisi tersebut. Ada beberapa faktor yang perlu mendapat perhatian, antara lain :
a.Faktor Lingkungan Logam pelapis harus disesuaikan dengan lingkungan dimana benda yang akan dilapisi tersebut berada
b.Umur pelayanan (service life).Pemilihan logam pelapis juga harus disesuaikan dengan umur pelayanan dari benda yang akan dilapisi.
c.Logam dasar yang akan dilapisi.Suasana pelapisan (kondisi elektrolit) harus sesuai dengan benda yang akan dilapisi.Bentuk dan ukuran dari benda yang akan dilapisi. Disain bak,rak dan anoda yang digunakan untuk pelapisan harus sesuai dengan bentuk ukuran dari benda yang akan dilapisi.
Di dalam proses lapis listrik, logam-logam yang umumnya digunakan untuk pelapis antara lain adalah : kadmium, khrom,tembaga, emas, perak, timbal, nikel dan seng, sedangkan logam paduan yang digunakan antara lain adalah kuningan dan perunggu.
Lapis Logam Mulia
Logam-logam pelapis yang termasuk dalam golongan ini adalah logam yang betul-betul melindungi. Logam ini lebih bersifat katodik daripada logam yang dilindungi. Sebagian besar dari logam pelindung termasuk ke dalam golongan ini.
Lapis Logam Korban
Logam-logam pelapis yang termasuk dalam golongan ini adalah logam-logam yang lebih anodik dari logam yang dilindungi, sehingga logam pelindung ini akan rusak lebih dahulu, contoh:seng.
Untuk mendapatkan perlindungan yang baik, pemilihan jenis pelapis perlu dilakukan secara hati-hati. Hal-hal penting yang perlu di jadikan dasar pertimbangam adalah :
Tujuan Melapisi
Tujuan melapisi dapat dibagi menjadi 3 kelompok.Kelompok 1.: Hanya untuk menambah daya tahan terhadap korosi.Contoh : lapis seng pada kawat baja untuk jalur komunikasi.
Kelompok 2.: Untuk mendapatkan permukaan yang tahan korosi dan sifat tertentu yang tidak dimiliki oleh logam yang akan dilapisi.Contoh : lapis nikel & khrom pada relay tilpun, dimana selainuntuk melindungi logam dasarnya dari korosi juga diharapkan akan memperbaiki sifat tahan aus.(wear resistance).
Kelompok 3.: Hanya untuk mendapatkan sifat tertentu.
Contoh : lapis khrom pada silinder dan bagian lain dari mesin pembakaran, dimaksudkan untuk 91 memperbaiki sifat tahan aus dan lubrikasi dari permukaannya.
Fungsi dari benda yang dilapisi
Sebelum menentukan jenis pelapis yang akan digunakan,terlebih dahulu perlu diketahui fungsi dari benda yang akan dilapisi tersebut. Ada beberapa faktor yang perlu mendapat perhatian, antara lain :
a.Faktor Lingkungan Logam pelapis harus disesuaikan dengan lingkungan dimana benda yang akan dilapisi tersebut berada
b.Umur pelayanan (service life).Pemilihan logam pelapis juga harus disesuaikan dengan umur pelayanan dari benda yang akan dilapisi.
c.Logam dasar yang akan dilapisi.Suasana pelapisan (kondisi elektrolit) harus sesuai dengan benda yang akan dilapisi.Bentuk dan ukuran dari benda yang akan dilapisi. Disain bak,rak dan anoda yang digunakan untuk pelapisan harus sesuai dengan bentuk ukuran dari benda yang akan dilapisi.
Proses Elektroplating Tembaga-Nikel-Khrom
Proses pelapisan tembaga-nikel-khrom terhadap logam ferro atau kuningan sebagai logam yang dilapis adalah satu cara untuk melindungi logam terhadap serangan korosi dan untuk mendapatkan sifat dekoratif. Cara pelapisan tembaga-nikel-khrom dengan metode elektroplating adalah sebagai berikut:Pelapisan menggunakan arus searah. Cara kerjanya mirip dengan elektrolisa, dimana logam pelapis bertindak sebagai anoda,sedangkan logam dasarnya sebagai katoda. Cara terakhir ini yang disertai dengan perlakuan awal terhadap benda kerja yang baik mempunyai berbagai keuntungan dibandingkan dengan cara-cara yang lain. Keuntungan-keuntungan tersebut antara lain :
a. Lapisan relatif tipis.
b. Ketebalan dapat dikontrol.
c. Permukaan lapisan lebih halus.
d. Hemat dilihat dari pemakaian logam khrom.
Pengerjaan elektroplating tembaga-nikel-khrom pada dasarnya terbagi atas tiga proses yaitu perlakuan awal, proses pelapisan dan proses pengolahan akhir hasil elektroplating.Proses elektroplating ini terdapat tiga jenis proses pelapisan yaitu yang pertama adalah pelapisan logam dengan Tembaga, lalu dilanjutkan dengan pelapisan Nikel dan yang terakhir benda dilapis dengan Khrom.
Pelapisan Tembaga
Tembaga atau Cuprum (Cu) merupakan logam yang banyak sekali digunakan, karena mempunyai sifat hantaran arus dan panas yang baik. Tembaga digunakan untuk pelapisan dasar karena dapat menutup permukaan bahan yang dilapis dengan baik. Pelapisan dasar tembaga dipelukan untuk pelapisan lanjut dengan nikel yang kemudian yang kemudian dilakukan pelapisan akhir khrom.
Aplikasi yang paling penting dari pelapisan tembaga adalah sebagai suatu lapisan dasar pada pelapisan baja sebelum dilapisi tembaga dari larutan asam yang biasanya diikuti pelapisan nikel dan khrom. Tembaga digunakan sebagai suatu lapisan awal untuk mendapatkan pelekatan yang bagus dan melindungi baja dari serangan keasaman larutan tembaga sulfat. Alasan pemilihan plating tembaga untuk aplikasi ini karena sifat penutupan lapisan yang bagus dan daya tembus yang tinggi.
Sifat-sifat Fisika Tembaga
1.Logam berwarna kemerah-merahan dan berkilauan
2.Dapat ditempa, dibengkokan dan merupakan penghantar panas dan listrik
3.Titik leleh : 1.0830C, titik didih : 2.3010C
4.Berat jenis tembaga sekitar 8,92 gr/cm3
Sifat-sifat Kimia Tembaga
1.Dalam udara kering sukar teroksidasi, akan tetapi jika dipanaskan akan membentuk oksida tembaga (CuO)
2.Dalam udara lembab akan diubah menjadi senyawa karbonat atau karat basa, menurut reaksi : 2Cu + O2 + CO2 + H2O → (CuOH)2 CO3
3.Tidak dapat bereaksi dengan larutan HCl encer maupun H2SO4encer
4.Dapat bereaksi dengan H2SO4 pekat maupun HNO3 encer dan pekat
Cu + H2SO4 → CuSO4 +2H2O + SO2 Cu + 4HNO3 pekat → Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2 3Cu + 8HNO3 encer → 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO
5.Pada umumnya lapisan Tembaga adalah lapisan dasar yang harus dilapisi lagi dengan Nikel atau Khrom. Pada prinsipnya ini merupakan proses pengendapan logam secara elektrokimia,digunakan listrik arus searah (DC). Jenis elektrolit yang digunakan adalah tipe alkali dan tipe asam. Untuk tipe alkali komposisi larutan dan kondisi operasi dapat dilihat pada tabel 2.3.
Larutan Strike menghasilkan lapisan yang sangat tipis. Larutan strike dapat pula dipakai sebagai pembersih dengan pencelupan pada larutan sianida yang ditandai dengan keluarnya gas yang banyak pada benda kerja sehingga kotoran-kotoran yang menempel akan mengelupas. Larutan ini terutama digunakan pada komponen-komponen dari baja sebagai lapisan dasar, untuk selanjutnya dilakukan pelapisan tembaga dengan logam lain.
Formula kecepatan tinggi atau efisiensi tinggi digunakan untuk plating tembaga tebal, smentara proses Rochelle digunakan untuk menghasilkan pelapisan yang bersifat antara strike dan kecepatan tinggi. Garam-garam Rochelle tidak terdekomposisi dan hanya berkurang melalui drag-out yaitu terikutnya larutan pada benda kerja pada saat pengambilan dari tanki tinggi disbanding larutan strike sebab kerapatan arus katoda dan efisiensi penting dalam kecepatan plating. Larutan Rochelle dan kecepatan tinggi dapat dioperasikan pada temperatur relatif tinggi.Komposisi larutan dan kondisi operasi untuk pelapisan tembaga asam dapat dilihat pada tabel 2.4.
Proses “Pengolahan Awal” adalah proses persiapan permukaan dari benda kerja yang akan mengalami proses pelapisan logam.Pada umumnya proses pelapisan logam itu mempunyai dua tujuan pokok adalah sifat dekorasi, sifat ini untuk mendapatkan tampak rupa yang lebih baik dari benda asalnya, dan aplikasi teknologi, sifat ini misalnya untuk mendapatkan ketahanan korosinya, mampu solder, kekerasan, sifat listrik dan lain sebagainya.Keberhasilan proses pengolahan awal ini sangat menentukan kualitas hasil pelapisan logam, baik dengan cara listrik, kimia maupu dengan cara mekanis lainnya.
Proses pengolahan awal yang akan mengalami proses pelapisan logam pada umumnya meliputi proses-proses pembersihan dari segala macam pengotor (cleaning proses) dan juga termasuk proses-proses pada olah permukaan seperti poleshing, buffing,dan proses persiapan permukaan yang lainnya.Untuk mendapatkan daya lekat pelapisan logam (adhesi) dan fisik permukaan benda kerja yang baik dari suatu lapisan logam, maka perlu diperhatikan cara olah permukaan dan proses pembersihan permukaan. Ketidaksempurnaan kedua hal tersebut di atas dapat menyebabkan adanya garisan-garisan pada benda kerja dan pengelupasan hasil pelapisan logam.
a. Lapisan relatif tipis.
b. Ketebalan dapat dikontrol.
c. Permukaan lapisan lebih halus.
d. Hemat dilihat dari pemakaian logam khrom.
Pengerjaan elektroplating tembaga-nikel-khrom pada dasarnya terbagi atas tiga proses yaitu perlakuan awal, proses pelapisan dan proses pengolahan akhir hasil elektroplating.Proses elektroplating ini terdapat tiga jenis proses pelapisan yaitu yang pertama adalah pelapisan logam dengan Tembaga, lalu dilanjutkan dengan pelapisan Nikel dan yang terakhir benda dilapis dengan Khrom.
Pelapisan Tembaga
Tembaga atau Cuprum (Cu) merupakan logam yang banyak sekali digunakan, karena mempunyai sifat hantaran arus dan panas yang baik. Tembaga digunakan untuk pelapisan dasar karena dapat menutup permukaan bahan yang dilapis dengan baik. Pelapisan dasar tembaga dipelukan untuk pelapisan lanjut dengan nikel yang kemudian yang kemudian dilakukan pelapisan akhir khrom.
Aplikasi yang paling penting dari pelapisan tembaga adalah sebagai suatu lapisan dasar pada pelapisan baja sebelum dilapisi tembaga dari larutan asam yang biasanya diikuti pelapisan nikel dan khrom. Tembaga digunakan sebagai suatu lapisan awal untuk mendapatkan pelekatan yang bagus dan melindungi baja dari serangan keasaman larutan tembaga sulfat. Alasan pemilihan plating tembaga untuk aplikasi ini karena sifat penutupan lapisan yang bagus dan daya tembus yang tinggi.
Sifat-sifat Fisika Tembaga
1.Logam berwarna kemerah-merahan dan berkilauan
2.Dapat ditempa, dibengkokan dan merupakan penghantar panas dan listrik
3.Titik leleh : 1.0830C, titik didih : 2.3010C
4.Berat jenis tembaga sekitar 8,92 gr/cm3
Sifat-sifat Kimia Tembaga
1.Dalam udara kering sukar teroksidasi, akan tetapi jika dipanaskan akan membentuk oksida tembaga (CuO)
2.Dalam udara lembab akan diubah menjadi senyawa karbonat atau karat basa, menurut reaksi : 2Cu + O2 + CO2 + H2O → (CuOH)2 CO3
3.Tidak dapat bereaksi dengan larutan HCl encer maupun H2SO4encer
4.Dapat bereaksi dengan H2SO4 pekat maupun HNO3 encer dan pekat
Cu + H2SO4 → CuSO4 +2H2O + SO2 Cu + 4HNO3 pekat → Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2 3Cu + 8HNO3 encer → 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO
5.Pada umumnya lapisan Tembaga adalah lapisan dasar yang harus dilapisi lagi dengan Nikel atau Khrom. Pada prinsipnya ini merupakan proses pengendapan logam secara elektrokimia,digunakan listrik arus searah (DC). Jenis elektrolit yang digunakan adalah tipe alkali dan tipe asam. Untuk tipe alkali komposisi larutan dan kondisi operasi dapat dilihat pada tabel 2.3.
Larutan Strike menghasilkan lapisan yang sangat tipis. Larutan strike dapat pula dipakai sebagai pembersih dengan pencelupan pada larutan sianida yang ditandai dengan keluarnya gas yang banyak pada benda kerja sehingga kotoran-kotoran yang menempel akan mengelupas. Larutan ini terutama digunakan pada komponen-komponen dari baja sebagai lapisan dasar, untuk selanjutnya dilakukan pelapisan tembaga dengan logam lain.
Formula kecepatan tinggi atau efisiensi tinggi digunakan untuk plating tembaga tebal, smentara proses Rochelle digunakan untuk menghasilkan pelapisan yang bersifat antara strike dan kecepatan tinggi. Garam-garam Rochelle tidak terdekomposisi dan hanya berkurang melalui drag-out yaitu terikutnya larutan pada benda kerja pada saat pengambilan dari tanki tinggi disbanding larutan strike sebab kerapatan arus katoda dan efisiensi penting dalam kecepatan plating. Larutan Rochelle dan kecepatan tinggi dapat dioperasikan pada temperatur relatif tinggi.Komposisi larutan dan kondisi operasi untuk pelapisan tembaga asam dapat dilihat pada tabel 2.4.
Proses “Pengolahan Awal” adalah proses persiapan permukaan dari benda kerja yang akan mengalami proses pelapisan logam.Pada umumnya proses pelapisan logam itu mempunyai dua tujuan pokok adalah sifat dekorasi, sifat ini untuk mendapatkan tampak rupa yang lebih baik dari benda asalnya, dan aplikasi teknologi, sifat ini misalnya untuk mendapatkan ketahanan korosinya, mampu solder, kekerasan, sifat listrik dan lain sebagainya.Keberhasilan proses pengolahan awal ini sangat menentukan kualitas hasil pelapisan logam, baik dengan cara listrik, kimia maupu dengan cara mekanis lainnya.
Proses pengolahan awal yang akan mengalami proses pelapisan logam pada umumnya meliputi proses-proses pembersihan dari segala macam pengotor (cleaning proses) dan juga termasuk proses-proses pada olah permukaan seperti poleshing, buffing,dan proses persiapan permukaan yang lainnya.Untuk mendapatkan daya lekat pelapisan logam (adhesi) dan fisik permukaan benda kerja yang baik dari suatu lapisan logam, maka perlu diperhatikan cara olah permukaan dan proses pembersihan permukaan. Ketidaksempurnaan kedua hal tersebut di atas dapat menyebabkan adanya garisan-garisan pada benda kerja dan pengelupasan hasil pelapisan logam.
Pelapisan Logam di Industri
Setiap tahun, korosi yang terjadi diberbagai lingkungan menyebabkan kerusakan yang memakan biaya cukup besar. Untuk menanggulangi bahaya korosi, yang berarti juga memperkecil kerugian, perlu dicari cara-cara untuk melindungi logam yang mudah terkorosi.Salah satu cara perlindungan yang patut diketengahkan adalah memberikan suatu lapisan logam tertentu sebagai lapis pelindung.Ada bermacam-macam cara untuk memberikan logam pelapis pada logam yang akan dilindungi. Salah satu diantaranya adalah proses lapis listrik (electroplating).
Lapis listrik menawarkan jasanya untuk memberikan suatu perlindungan dengan menggunakan logam-logam tertentu sebagai lapis pelindung, misalnya : nikel, khrom, seng, timah dan lain-lain.Banyak orang yang tidak terjun langsung dalam industri lapis listrik mengira bahwa lapis listrik hanya untuk menbuat benda-benda tampak lebih menarik. Pada kenyataannya peranan lapis listrik jauh lebih luas lagi. Peranan utamanya adalah melindungi logam yang dilapisi dari bahaya korosi. Disamping itu peranan penting lainnya ialah dapat menambah daya tahan terhadap gesekan, memperbaiki sifat konduktivitas, memudahkan penyolderan, menambah kekerasan dan lain-lain. Sehingga memungkinkan para perancang dan ahli teknik untuk mendapatkan kombinasi sifat-sifat dari permukaan benda yang dilapisi dan logam pelapisnya.
Konsep Dasar
Lapis listrik adalah suatu proses pengendapan/deposisi suatu logam pelindung yang dikehendaki diatas logam lain dengan cara elektrolisa. Biasanya elektrolisa dilakukan dalam suatu bejana yang disebut sel elektrolisa yang berisi cairan elektrolit/rendaman (bath). Pada rendaman ini tercelup paling tidak dua elektroda.Masing-masing elektroda dihubungkan dengan arus listrik, terbagi menjadi kutub positif (+) dan negatif (-) dikenal sebagai anoda (+) dan katoda (-).
Selama proses lapis listrik berlangsung terjadi reaksi kimia pada daerah elektroda/elektrolit; baik reaksi reduksi maupun oksidasi.Karena pada proses lapis listrik reaksi diharapkan berjalan terus menerus menuju arah tertentu secara tetap, maka hal yang paling penting dalam proses ini adalah mengoperasikan proses ini dengan menggunakan arus searah.Dari uraian terdahulu dapat dikatakan bahwa ada 4 bagian yang utama (penting) dari suatu sistem lapis listrik. Keempat bagian yang harus ada didalam suatu unit lapis listrik adalah :
a.Larutan elektrolit (rendaman)
b.Anoda
c.Katoda (benda kerja)
d.Sirkuit luar
Rendaman/Larutan Elektrolit
Setiap larutan elektrolit yang dijadakan rendaman tempat proses lapis listrik berlangsung harus mengandung bahan-bahan terlarut yang sekurang-kurangnya memiliki satu dari fungsi berikut ini :
a. Menyediakan sumber logam yang akan diendapkan
b. Membentuk kompleks dengan ion logam yang akan diendapkan
c. Konduktif
d. Dapat menstabilkan larutan dari hidrolisa
e. Bertindak sebagai buffer
f. Memodifikasi atau mengatur bentuk fisik dari endapan
g. Membantu pelarutan anoda.Adapun rendaman yang digunakan dalam proses lapis listrik dapat bersifat asam maupun basa.
Rendaman Asam Dengan Garam Sederhana
Biasanya rendaman selalu rengandung garam dari logam yang akan diendapkan/dilapiskan. Sebaiknya dipilih garamgaram yang mudah larut namun anion dari garam tersebut tidak mudah tereduksi. Walaupun anion tidak ikut secara langsung dalam proses terjadinya pelapisan, tetapi jika menempel pada permukaan katoda akan merupakan gangguan bagi struktur endapan.Aktivitas dari ion logam ditentukan oleh konsentrasi dari garam logamnya, derajat disosiasi dan konsentrasi komponen lain yang ada di dalam rendaman. Jika konsentrasi logamnya tidak mencukupi untuk diendapkan, akan terbentuk endapan yang terbakar pada rapat arus yang relative rendah.
Adanya ion khlorida di dalam rendaman yang bersifat asam mempunyai dua (2) fungsi utama, pertama akan memudahkan terkorosinya anoda atau mencegah pasivasi anoda dan yang kedua akan menaikkan koefisien difusi dari ion logamnya berarti menaikkan batas rapat arus (limiting current density).
Rendaman yang Mengandung Garam Kompleks
Garam kompleks yang sering digunakan dalam proses lapis listrik adalah Sianida. Karena siano kompleks terdekomposisi oleh asam, maka rendaman harus bersifat alkali (basa).Adanya natrium atau kalium hidroksida akan memperbaiki konduktivitas dan mencegah liberasi dari asam hidrosianat oleh CO2 yang masuk ke dalam rendaman dari udara.
Buffer (penyangga) dan komponen lainnya
Disamping garam logamnya sebagai komponen utama,rendaman juga mengandung komponen lain, misalnya komponen yang berfungsi sebagai penyangga (mengatur pH);misal untuk rendaman nikel digunakan asam borat sebagai buffer.85 Sedangkan penambahan asam sulfat pada rendaman tertentu akan menaikkan konduktivitas dan mencegah hidrolisa.
Bahan Imbuh (Addition Agent)
Untuk mendapatkan hasil pelapisan yang baik (mengkilap,rata) diperlukan adanya komponen-komponen lain yang ditambahkan kedalam rendaman. Diantaranya adalah “Wetting agent”,levellers dan bahan pengkilap (brightener).
Anoda
Anoda yang digunakan dalam proses lapis listrik harus dapat mengalirkan arus listrik dari luar kedalam larutan/rendaman dan juga harus berfungsi sebagai pengisi kekurangan logam didalam larutan karena mengendap pada permukaan katoda.Anoda dapat berbentuk lempengan logam yang masif atau dapat juga berbentuk bola atau potongan-potongan kecil.
Ada dua jenis anoda, yaitu anoda yang terbuat dari logam yang akan diendapkan,dikenal dengan nama anoda terlarut dan satu lagi adalah anoda yang terbuat dari logam lain yang tidak larut dalam rendaman, dikenal dengan nama anoda inert.Ada keuntungan dan kerugiannya masing-masing bila menggunakan jenis anoda tersebut.
Keuntungan bila kita menggunakan anoda terlarut antara lain adalah larutan/rendaman dapat dikatakan memiliki kandungan 87 logam yang konstan, penambahan garam logamnya tidak perlu dilakukan. Sedangkan ke rugiannya menggunakan anoda terlarut adalah seringkali ada pengotor yang ikut terlarut dan kadangkadang juga ada bahan-bahan yang tidak larut yang akan mengotori rendaman, disamping itu perlu dilakukan kontrol apakah anoda tetap aktif dan tidak membentuk film tipis yang akan menyebabkan anoda menjadi pasif.
Keuntungan menggunakan anoda inert adalah tidak perlu mengganti anoda (karena tidak akan habis) jadi sekali dipasang dapat digunakan selamanya; namun demikian ada juga kerugiannya yaitu, logam didalam rendaman lama kelamaan akan habis mengendap dibawa, sehingga analisa larutan dan penambahan bahan kimia kedalam larutan harus kerapkali dilakukan.
Katoda
Katoda atau benda kerja dapat memiliki bermacam bentuk dan dapat terbuat dari beraneka logam yang penting katoda harus bersifat konduktor sehingga proses lapis listrik dapat berlangsung dan logam
dapat menempel pada katoda (benda kerja).Bila benda kerja tidak bersifat konduktor, dapat dilakukan pengerjaan awal yang membuat benda kerja siap menjadi katoda dalam proses lapis listrik.
Sirkuit Luar
Sirkuit (rangkaian) listrik di luar sistem lapis listrik biasanya terdiri dari sumber arus dan peralatan lain yang dapat menyearahkan arus bila sumber arus memberikan arus bolak-balik.
Lapis listrik menawarkan jasanya untuk memberikan suatu perlindungan dengan menggunakan logam-logam tertentu sebagai lapis pelindung, misalnya : nikel, khrom, seng, timah dan lain-lain.Banyak orang yang tidak terjun langsung dalam industri lapis listrik mengira bahwa lapis listrik hanya untuk menbuat benda-benda tampak lebih menarik. Pada kenyataannya peranan lapis listrik jauh lebih luas lagi. Peranan utamanya adalah melindungi logam yang dilapisi dari bahaya korosi. Disamping itu peranan penting lainnya ialah dapat menambah daya tahan terhadap gesekan, memperbaiki sifat konduktivitas, memudahkan penyolderan, menambah kekerasan dan lain-lain. Sehingga memungkinkan para perancang dan ahli teknik untuk mendapatkan kombinasi sifat-sifat dari permukaan benda yang dilapisi dan logam pelapisnya.
Konsep Dasar
Lapis listrik adalah suatu proses pengendapan/deposisi suatu logam pelindung yang dikehendaki diatas logam lain dengan cara elektrolisa. Biasanya elektrolisa dilakukan dalam suatu bejana yang disebut sel elektrolisa yang berisi cairan elektrolit/rendaman (bath). Pada rendaman ini tercelup paling tidak dua elektroda.Masing-masing elektroda dihubungkan dengan arus listrik, terbagi menjadi kutub positif (+) dan negatif (-) dikenal sebagai anoda (+) dan katoda (-).
Selama proses lapis listrik berlangsung terjadi reaksi kimia pada daerah elektroda/elektrolit; baik reaksi reduksi maupun oksidasi.Karena pada proses lapis listrik reaksi diharapkan berjalan terus menerus menuju arah tertentu secara tetap, maka hal yang paling penting dalam proses ini adalah mengoperasikan proses ini dengan menggunakan arus searah.Dari uraian terdahulu dapat dikatakan bahwa ada 4 bagian yang utama (penting) dari suatu sistem lapis listrik. Keempat bagian yang harus ada didalam suatu unit lapis listrik adalah :
a.Larutan elektrolit (rendaman)
b.Anoda
c.Katoda (benda kerja)
d.Sirkuit luar
Rendaman/Larutan Elektrolit
Setiap larutan elektrolit yang dijadakan rendaman tempat proses lapis listrik berlangsung harus mengandung bahan-bahan terlarut yang sekurang-kurangnya memiliki satu dari fungsi berikut ini :
a. Menyediakan sumber logam yang akan diendapkan
b. Membentuk kompleks dengan ion logam yang akan diendapkan
c. Konduktif
d. Dapat menstabilkan larutan dari hidrolisa
e. Bertindak sebagai buffer
f. Memodifikasi atau mengatur bentuk fisik dari endapan
g. Membantu pelarutan anoda.Adapun rendaman yang digunakan dalam proses lapis listrik dapat bersifat asam maupun basa.
Rendaman Asam Dengan Garam Sederhana
Biasanya rendaman selalu rengandung garam dari logam yang akan diendapkan/dilapiskan. Sebaiknya dipilih garamgaram yang mudah larut namun anion dari garam tersebut tidak mudah tereduksi. Walaupun anion tidak ikut secara langsung dalam proses terjadinya pelapisan, tetapi jika menempel pada permukaan katoda akan merupakan gangguan bagi struktur endapan.Aktivitas dari ion logam ditentukan oleh konsentrasi dari garam logamnya, derajat disosiasi dan konsentrasi komponen lain yang ada di dalam rendaman. Jika konsentrasi logamnya tidak mencukupi untuk diendapkan, akan terbentuk endapan yang terbakar pada rapat arus yang relative rendah.
Adanya ion khlorida di dalam rendaman yang bersifat asam mempunyai dua (2) fungsi utama, pertama akan memudahkan terkorosinya anoda atau mencegah pasivasi anoda dan yang kedua akan menaikkan koefisien difusi dari ion logamnya berarti menaikkan batas rapat arus (limiting current density).
Rendaman yang Mengandung Garam Kompleks
Garam kompleks yang sering digunakan dalam proses lapis listrik adalah Sianida. Karena siano kompleks terdekomposisi oleh asam, maka rendaman harus bersifat alkali (basa).Adanya natrium atau kalium hidroksida akan memperbaiki konduktivitas dan mencegah liberasi dari asam hidrosianat oleh CO2 yang masuk ke dalam rendaman dari udara.
Buffer (penyangga) dan komponen lainnya
Disamping garam logamnya sebagai komponen utama,rendaman juga mengandung komponen lain, misalnya komponen yang berfungsi sebagai penyangga (mengatur pH);misal untuk rendaman nikel digunakan asam borat sebagai buffer.85 Sedangkan penambahan asam sulfat pada rendaman tertentu akan menaikkan konduktivitas dan mencegah hidrolisa.
Bahan Imbuh (Addition Agent)
Untuk mendapatkan hasil pelapisan yang baik (mengkilap,rata) diperlukan adanya komponen-komponen lain yang ditambahkan kedalam rendaman. Diantaranya adalah “Wetting agent”,levellers dan bahan pengkilap (brightener).
Anoda
Anoda yang digunakan dalam proses lapis listrik harus dapat mengalirkan arus listrik dari luar kedalam larutan/rendaman dan juga harus berfungsi sebagai pengisi kekurangan logam didalam larutan karena mengendap pada permukaan katoda.Anoda dapat berbentuk lempengan logam yang masif atau dapat juga berbentuk bola atau potongan-potongan kecil.
Ada dua jenis anoda, yaitu anoda yang terbuat dari logam yang akan diendapkan,dikenal dengan nama anoda terlarut dan satu lagi adalah anoda yang terbuat dari logam lain yang tidak larut dalam rendaman, dikenal dengan nama anoda inert.Ada keuntungan dan kerugiannya masing-masing bila menggunakan jenis anoda tersebut.
Keuntungan bila kita menggunakan anoda terlarut antara lain adalah larutan/rendaman dapat dikatakan memiliki kandungan 87 logam yang konstan, penambahan garam logamnya tidak perlu dilakukan. Sedangkan ke rugiannya menggunakan anoda terlarut adalah seringkali ada pengotor yang ikut terlarut dan kadangkadang juga ada bahan-bahan yang tidak larut yang akan mengotori rendaman, disamping itu perlu dilakukan kontrol apakah anoda tetap aktif dan tidak membentuk film tipis yang akan menyebabkan anoda menjadi pasif.
Keuntungan menggunakan anoda inert adalah tidak perlu mengganti anoda (karena tidak akan habis) jadi sekali dipasang dapat digunakan selamanya; namun demikian ada juga kerugiannya yaitu, logam didalam rendaman lama kelamaan akan habis mengendap dibawa, sehingga analisa larutan dan penambahan bahan kimia kedalam larutan harus kerapkali dilakukan.
Katoda
Katoda atau benda kerja dapat memiliki bermacam bentuk dan dapat terbuat dari beraneka logam yang penting katoda harus bersifat konduktor sehingga proses lapis listrik dapat berlangsung dan logam
dapat menempel pada katoda (benda kerja).Bila benda kerja tidak bersifat konduktor, dapat dilakukan pengerjaan awal yang membuat benda kerja siap menjadi katoda dalam proses lapis listrik.
Sirkuit Luar
Sirkuit (rangkaian) listrik di luar sistem lapis listrik biasanya terdiri dari sumber arus dan peralatan lain yang dapat menyearahkan arus bila sumber arus memberikan arus bolak-balik.
Rasa pedas pada cabai ternyata tidak dikhususkan buat manusia saja untuk melengkapi berbagai jenis masakannya. Peneliti di Amerika Serikat telah menemukan bahwa tanaman-tanaman cabai liar menghasilkan zat-zat kimia yang menimbulkan rasa pedas pada buahnya untuk digunakan merintangi jamur yang menyerang.
WEBLIS adalah software untuk perpustakaan berbasis web yang merupakan pengembangan dari program CDS/ISIS yang lebih terintegrasi secara “full internet base”.