Jurnal Foundry Vol. 3 No. 1 April 2013 ISSN : 2087-2259 ANALISA KOROSI DAN PENGENDALIANNYA M. Fajar Sidiq Akademi Perikanan Baruna Slawi E-mail :
[email protected]
Abstrak Indonesia merupakan negara yang beriklim tropis dengan tingkat curah hujan dan kelembaban yang tinggi serta intensitas sinar matahari yang tinggi pula, dan sebagai negara berkembang, di Indonesia juga banyak bermunculan industri-industri yang mempunyai pengaruh cukup besar terhadap tingkat pencemaran pada lingkungan. Fenomena alam dan material khususnya logam mempunyai suatu keterikatan dalam suatu sistem dan proses. Hubungan tersebut diimplementasikan dalam suatu proses kerusakan yang dinamakan korosi. Korosi adalah kerusakan material khususnya logam secara umum akibat reaksi dengan lingkungan sekitarnya. Korosi merupakan penurunaan kualitas yang disebabkan oleh reaksi kimia bahan logam dengan unsur-unsur lain yang terdapat di alam. Dua jenis mekanisma utama dari korosi adalah berdasarkan reaksi kimia secara langsung, dan reaksi elektrokimia. Korosi dapat terjadi didalam lingkungan kering dan juga lingkungan basah. Korosi yang terjadi pada logam tidak dapat dihindari, tetapi hanya dapat dicegah dan dikendalikan sehingga struktur atau komponen mempunyai masa pakai yang lebih lama..Hasil dari proses kerusakan berupa berbagai produk korosi misalnya berbagai macam oksida logam, kerusakan permukaan logam secara morfologi, perubahaan sifat mekanis, perubahan sifat kimia. Dengan dasar pengetahuan tentang elektrokimia proses korosi yang dapat menjelaskan mekanisme dari korosi, dapat dilakukan usaha-usaha untuk pencegahan terbentuknya korosi Kata Kunci: korosi, elektrokimia, morfologi PENDAHULUAN Korosi merupakan penurunan kualitas yang disebabkan oleh reaksi kimia bahan logam dengan unsur-unsur lain yang terdapat di alam . Korosi yang di berdasarkan proses elektro-kimia (electrochemical process) terdiri dari 4 komponen utama yaitu: a) Anode (Anoda) Anoda biasanya terkorosi dengan melepaskan elektron-elektron dari atomatom logam netral untuk membentuk ionion yang bersangkutan. Ion-ion ini mungkin tetap tinggal dalam larutan atau bereaksi membentuk hasil korosi yang tidak larut. Reaksi pada anoda dapat dituliskan dengan persamaan : M
MZ+ + ze-
Dengan z adalah valensi logam dan umumnya z = 1, 2, atau 3 b) Cathode (Katoda) Katoda biasanya tidak mengalami korosi, walaupun mungkin menderita kerusakan dalam kondisi-kondisi tertentu.
Reaksi yang terjadi pada katoda berupa reaksi reduksi. Reaksi pada katoda tergantung pada pH larutan yang bersangkutan, seperti : 1) pH < 7
: H+ + e2H
2) pH ≥ 7
H ( atom ) H2 ( gas )
:2H2O+O2+4e-
4OH-
c) Elektrolit Elektrolit adalah larutan yang mempunyai sifat menghantarkan listrik. Elektrolit dapat berupa larutan asam, basa dan larutan garam. Larutan elektrolit mempunyai peranan penting dalam korosi logam karena larutan ini dapat menjadikan kontak listrik antara anoda dan katoda d) Anoda dan Katoda harus terhubung secara elektris Antara anoda dan katoda harus ada hubungan listrik agar arus dalam sel korosi dapat mengalir. Hubungan secara fisik tidak diperlukan jika anoda dan katoda merupakan bagian dari logam yang sama. 25
Jurnal Foundry Vol. 3 No. 1 April 2013 ISSN : 2087-2259 Proses tersebut dapat dilihat dalam bentuk sel korosi basah sederhana berikut :
Gb. 2 Kurva Energi Bebas Bijih Logam, Logam, Dan Produk( Trethewey, 1991 )
Tingkat kecenderungan terjadinya korosi pada logam dinyatakan dengan perubahan energi bebas ∆G sedangkan laju korosi ditentukan oleh energi aktivasi ∆G++ yang menunjukan penghalang energi yang harus dilawan oleh atom-atom logam supaya terjadi korosi. Laju reaksi korosi dapat dinyatakan dengan persamaan : Laju = tetapan laju x [ reaktan – reaktan ] Gb.1 Sel Korosi Sederhana ( Trethewey, 1991 )
Karena hampir mustahil untuk mencegah korosi, maka mengendalikan tingkat korosi bisa menjadi solusi paling hemat. Insinyur-insinyur korosi kemudian terus dilibatkan di dalam menaksir ongkos solusi-solusi mereka kepada pencegahan korosi dan menaksir masa penggunaan dari peralatan. Dengan mengenali kapan korosi akan terjadi, dan dengan mengerti mekanisme yang yang terjadi maka ahli korosi akan mengeliminasi korosi dengan desain yang bagus. Menurut ilmu thermodinamika, reaksi atau transformasi terjadi dari kondisi dengan energi bebas tinggi ke energi rendah. Sebagai contoh, bijih besi mempunyai energi bebas rendah dan cenderung stabil. Pada proses ekstraksi, besi dipisahkan dari oksigen dan proses ini memerlukan energi sehingga energi bebas besi menjadi tinggi. Besi dengan kondisi energi bebas tinggi cenderung berubah menjadi produk korosi yang mempunyai energi bebas rendah.
Besaran dalam kurung menyatakan konsentrasi zat dan tetapan laju dapat dinyatakan dengan penghalang energi sebagai berikut : Tetapan laju = C eksp [−∆G++ / RT ] Dengan C dan R tetapan, ∆ G++ adalah penghalang energi dan T temperatur mutlak.
Thermodinamika reaksi korosi
Ada beberapa factor yang menentukan terjadinya korosi, antara lain : - Semua interaksi antara unsur dan senyawa tergantung pada perubahan energi bebas - Perubahan secara alami ( spontan ) terjadi jika perubahan energi bebas ∆ G negatif yaitu terjadi pelepasan energi kebanyakan logam kecenderungan terjadi korosi
mempunyai
Sebagai contoh dapat dilihat pada ketiga reaksi berikut, logam Mg dan Cu akan terkorosi secara alamiah dilingkungan basah karena ∆G negative sedangkan emas ( Au ) tidak terkorosi Mg + H2O + ½ O2
Mg ( OH )2
∆G0 = - 596 kj / mol Cu + H2O + ½ O2
Cu ( OH )2
∆G0 = - 119 kj / mol Au + 3/2 H2O + 3/4 O2
Au ( OH )3
∆G0 = +66 kj / mol
26
Jurnal Foundry Vol. 3 No. 1 April 2013 ISSN : 2087-2259 1. JENIS KOROSI
Kebanyakan logam ada secara alami sebagai bijih-bijih yang stabil dari oksida-oksida, karbonat atau sulfida. Diperlukan energi untuk mengubah bijih logam menjadi sesuatu yang bermanfaat,. Korosi hanyalah perjalanan sifat pembalikan satu proses yang tidak wajar kembali kepada suatu keadaan tenaga yang lebih rendah. Secara umum, tipe dari korosi dapat diklasifikasikan sebagai berikut : 1. Korosi Seragam ( Uniform Corrosion ) Korosi seragam merupakan korosi dengan serangan merata pada seluruh permukaan logam. Korosi terjadi pada permukaan logam yang terekspos pada lingkungan korosif. 2. Korosi Galvanik Korosi galvanik terjadi jika dua logam yang berbeda tersambung melalui elektrolit sehingga salah satu dari logam tersebut akan terserang korosi sedang lainnya terlindungi dari korosi. Untuk memprediksi logam yang terkorosi pada korosi galvanic dapat dilihat pada deret galvanik 3. Korosi Celah Mirip dengan korosi galvanik, dengan pengecualian pada perbedaan konsentrasi media korosifnya. Celah atau ketidak teraturan permukaan lainnya seperti celah paku keling ( rivet ), baut, washer, gasket, deposit dan sebagainya, yang bersentuhan dengan media korosif dapat menyebabkan korosi terlokalisasi 4. Korosi Sumuran Korosi sumuran terjadi karena adanya serangan korosi lokal pada permukaan logam sehingga membentuk cekungan atau lubang pada permukaan logam. Korosi logam pada baja tahan karat terjadi karena rusaknya lapisan pelindung ( passive film ) 5. Retak Pengaruh Lingkungan ( environmentally induced cracking ) Merupakan patah getas dari logam paduan ulet yang beroperasi di lingkungan yang menyebabkan terjadinya korosi seragam. Ada tiga jenis tipe perpatahan pada kelompok ini, yaitu : stress corrosion
cracking (SSC), corrosion fatigue cracking (CFC), dan hydrogen-induced cracking (HIC) 6. Kerusakan Akibat Hidrogen ( Hidrogen damage ) Kerusakan ini disebabkan karena serangan hydrogen yaitu reaksi antara hydrogen dengan karbida pada baja dan membentuk metana sehingga menyebabkan terjadinya dekarburasi, rongga, atau retak pada permukaan logam. Pada logam reaktik seperti titanium, magnesium, zirconium dan vanadium, terbentuknya hidrida menyebabkan terjadinya penggetasan pada logam. 7. Korosi Batas Butir ( intergranular corrosion ) Korosi yang menyerang pada batas butir akibat adanya segregasi dari unsur pasif seperti krom meninggalkan batas butir sehingga pada batas butir bersifat anodic 8. Dealloying Dealloying adalah lepasnya unsureunsur paduan yang lebih aktif (anodik) dari logam paduan, sebagai contoh : lepasnya unsur seng atau Zn pada kuningan ( Cu – Zn ) dan dikenal dengan istilah densification. 9. Korosi Erosi Korosi erosi disebabkan oleh kombinasi fluida korosif dan kecepatan aliran yang tinggi. Bagian fluida yang kecepatan alirannya rendah akan mengalami laju korosi rendah, sedangkan fluida kecepatan tinggi menyebabkan terjadinya erosi dan dapat menggerus lapisan pelindung sehingga mempercepat korosi. 10. Korosi Aliran (Flow induced Corrosion) Korosi Aliran digambarkan sebagai effek dari aliran terhadap terjadinya korosi. Meskipun mirip, antara korosi aliran dan korosi erosi adalah dua hal yang berbeda. Korosi aliran adalah peningkatan laju korosi yang disebabkan oleh turbulensi fluida dan perpindahan massa akibat dari aliran fluida diatas permukaan logam. Korosi erosi adalah naiknya korosi dikarenakan benturan secara fisik pada 27
Jurnal Foundry Vol. 3 No. 1 April 2013 ISSN : 2087-2259 permukaan oleh partikel yang terbawa fluida.
Reaksi Anoda : Fe
Reaksi katoda : O2 + 2H2O+ 4e 4
Gb. 2. Aliran Fluida Dalam Pipa yang dapat menyebabkan korosi aliran (Uhlig, 2000 )
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut :
Fe2- + 2e OH
Karbondioksida (CO2), jika karbon dioksida dilarutkan dalam air maka akan terbentuk asam karbonat (H2CO3) yang dapat menurunkan pH air dan meningkatkan korosifitas, biasanya bentuk korosinya berupa pitting yang secara umum reaksinya adalah: CO2 + H2O
H2CO3
Fe + H2CO3
FeCO3+H2
2. Faktor Temperatur Penambahan temperatur umumnya menambah laju korosi walaupun kenyataannya kelarutan oksigen berkurang dengan meningkatnya temperatur. Apabila metal pada temperatur yang tidak uniform, maka akan besar kemungkinan terbentuk korosi. 3. Faktor pH pH netral adalah 7, sedangkan ph < 7 bersifat asam dan korosif, sedangkan untuk pH > 7 bersifat basa juga korosif. Tetapi untuk besi, laju korosi rendah pada pH antara 7 sampai 13. Laju korosi akan meningkat pada pH < 7 dan pada pH > 13.
Gb.3. Jenis – Jenis Korosi ( Jones, 1991)
2. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Laju Korosi Umumnya problem korosi disebabkan oleh air, tetapi ada beberapa faktor selain air yang mempengaruhi laju korosi, diantaranya: 1. Faktor Gas Terlarut. Oksigen (O2), adanya oksigen yang terlarut akan menyebabkan korosi pada metal seperti laju korosi pada mild stell alloys akan bertambah dengan meningkatnya kandungan oksigen. Reaksi korosi secara umum pada besi karena adanya kelarutan oksigen adalah sebagai berikut :
4. Faktor Bakteri Pereduksi atau Sulfat Reducing Bacteria (SRB) Adanya bakteri pereduksi sulfat akan mereduksi ion sulfat menjadi gas H2S, yang mana jika gas tersebut kontak dengan besi akan menyebabkan terjadinya korosi. 5. Faktor Padatan Terlarut Klorida (Cl), klorida menyerang lapisan mild steel dan lapisan stainless steel. Padatan ini menyebabkan terjadinya pitting, crevice corrosion, dan juga menyebabkan pecahnya alooys. Karbonat (CO3), kalsium karbonat sering digunakan sebagai pengontrol korosi dimana film karbonat diendapkan sebagai lapisan pelindung permukaan metal, tetapi dalam produksi minyak hal ini cenderung menimbulkan masalah scale. Sulfat (SO4), ion sulafat ini biasanya terdapat dalam minyak. Dalam air, ion sulfat juga ditemukan dalam 28
Jurnal Foundry Vol. 3 No. 1 April 2013 ISSN : 2087-2259 konsentrasi yang cukup tinggi dan bersifat kontaminan, dan oleh bakteri SRB sulfat diubah menjadi sulfide yang korosif.
logam atau paduan dalam suatu lingkungan korosif tertentu untuk mengurangi resiko terjadinya korosi.
3. DAMPAK KOROSI Korosi yang terjadi pada logam tidak dapat dihindari, tetapi hanya dapat dicegah dan dikendalikan sehingga struktur atau komponen mempunyai masa pakai yang lebih lama. Setiap komponen atau struktur mengalami tiga tahapan utama yaitu perancangan, pembuatan dan pemakaian. Ketidakberhasilan salah satu aspek seperti korosi menyebabkan komponen akan mengalami kegagalan. Kerugian yang akan dialami dengan adanya korosi meliputi finansial dan safety, diantaranya :
Penurunan kekuatan material Penipisan Downtime dari equipment Retak & Pitting Kebocoran fluida Embrittlement Penurunan sifat permukaan material Penurunan nilai / hasil produksi Modification
4. Metode Pencegahan Korosi Dengan dasar pengetahuan tentang proses korosi yang dapat menjelaskan mekanisme dari korosi, dapat dilakukan usaha-usaha untuk pencegahan terbentuknya korosi a) Pengubahan Media Korosi merupakan interaksi antara logam dengan media sekitarnya, maka pengubahan media sekitarnya akan dapat mengubah laju korosi. Ada tiga situasi yang dapat terjadi yaitu: Media sekitar / lingkungan berupa gas Media sekitar berupa larutan dengan ion-ion tertentu Logam terbenam dalam tanah. b) Seleksi Material Metode umum yang sering digunakan dalam pencegahan korosi yaitu pemilihan
c) Proteksi Katodik (Cathodic Protection) Proteksi katodik adalah jenis perlindungan korosi dengan menghubungkan logam yang mempunyai potensial lebih tinggi ke struktur logam sehingga tercipta suatu sel elektrokimia dengan logam berpotensial rendah bersifat katodikdan terproteksi Macam : Impressed Current Galvanic Sacrificial Anode Galvanic Zinc Application • Zinc Metallizing • Zinc-Rich Paints • Hot-Dip Galvanizing d) Proteksi Anodik (Anodic Protection) Adanya arus anodik akan meningkatkan laju ketidak-larutan logam dan menurunkan laju pembentukan hidrogen. Hal ini bisa terjadi untuk logamlogam “active-passive” seperti Ni, Fe, Cr, Ti dan paduannya. Jika arus yang lewat logam dikontrol seksama (dengan potentiostat) maka logam akan bersifat pasif dan pembentukan logam-logam tak terlarut akan berkurang. e) Inhibitor Korosi Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk mencegah terjadinya korosi adalah dengan penggunaan inhibitor korosi. Secara umum suatu inhibitor adalah suatu zat kimia yang dapat menghambat atau memperlambat suatu reaksi kimia. Sedangkan inhibitor korosi adalah suatu zat kimia yang bila ditambahkan kedalam suatu lingkungan, dapat menurunkan laju penyerangan korosi lingkungan itu terhadap suatu logam. Mekanisma penghambatannya terkadang lebih dari satu jenis. Sejumlah inhibitor menghambat korosi melalui cara adsorpsi untuk membentuk suatu lapisan tipis yang tidak nampak dengan ketebalan beberapa molekul saja, ada pula yang karena pengaruh lingkungan 29
Jurnal Foundry Vol. 3 No. 1 April 2013 ISSN : 2087-2259 membentuk endapan yang nampak dan melindungi logam dari serangan yang mengkorosi logamnya dan menghasilkan produk yang membentuk lapisan pasif, dan ada pula yang menghilangkan konstituen yang agresif.
f) Pengubahan Media / Lingkungan Kerja (Environment Change) Korosi merupakan interaksi antara logam dengan media sekitarnya, maka pengubahan media sekitarnya akan dapat mengubah laju korosi. Ada tiga situasi yang dapat terjadi yaitu: Media sekitar / lingkungan berupa gas Media sekitar berupa larutan dengan ion-ion tertentu Logam terbenam dalam tanah.
Daftar Pustaka 1. Dalimunthe, I.S., 2004, “ Kimia Dari Inhibitor Korosi ”, Universitas Sumatra Utara 2. Jones, D.A., 1991, Principle and Prevention of Corrosion, Mc. Millan Publishing Company, New York 3. Roberge, P. R., 1999, Handbook of Corrosion Engineering, McGrawHill Companies, Inc., New York 4. Trethewey, K. R. &Chamberlain, J., 1991, Korosi Untuk Mahasiswa Sains dan Rekayasa , PT. GramediaPustakaUtama, Jakarta 5. Uhlig. H.M., 2000, Uhlig`s Corrosion Handbook, Second Edition, John Wiley & Sons, Inc. 6. Widharto, S., 2001, Karat dan Pencegahannya, P.T. Pradnya Paramita, Jakarta
g) Pelapisan (Coatings) Prinsip umum dari pelapisan yaitu melapiskan logam induk dengan suatu bahan atau material pelindung. Jenis - jenis coating : • Metallic coatings • Paint /organic coatings • Chemical conversion coatings • Miscellaneous coatings (enamel, thermoplastics) KESIMPULAN 1. Kondisi Indonesia yang beriklim tropis dengan curah hujan dan intensitas sinar mata hari yang tinggi serta polusi udara dari air laut , sungai dan industri mempercepat terjadinya proses korosi 2. Korosi merupakan penurunan mutu logam oleh reaksi elektrokimia dengan lingkungannya. Korosi yang terjadi pada logam tidak dapat dihindari, tetapi hanya dapat dicegah dan dikendalikan sehingga struktur atau komponen mempunyai masa pakai yang lebih lama. 3. Dengan mengenali kapan korosi
akan terjadi, dan dengan mengerti mekanisme yang yang terjadi maka ahli korosi akan dapat mengeliminasi korosi dan resikonya. 30
