Mechanical Engineering Ismanto Alpha's

Korosi

Korosi berasal dari bahasa latin ”Corrodere” yang artinya perusakan logam atau berkarat akibat lingkungannya. Korosi merupakan proses elektrokimia yang terjadi pada logam, atau proses perusakan material karena bereaksi dengan lingkungannya. Selain itu, korosi juga diartikan sebagai kerusakan yang terjadi pada material akibat adanya reaksi kimia. Tetapi dimasyarakat korosi lebih identik dengan istilah ”karat” yang merupakan korosi khusus pada besi, hal ini terjadi karena besi merupakan logam yang paling banyak digunakan oleh masyarakat. Secara garis besar korosi ada dua jenis yaitu :
1. Korosi internal yaitu korosi yang terjadi akibat adanya kandungan CO2 dan H2S pada minyak bumi sehingga apabila terjadi kontak dengan air akan membentuk asam yang menyebabkan korosi.
2. Korosi eksternal yaitu korosi yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan, baik yang kontak dengan udara bebas dan permukaan tanah, akibat adanya kandungan zat asam pada udara dari tanah.

Gejala korosi timbul secara alami, dimana pengaruhnya dialami oleh hampir semua zat dan diatur oleh perubahan-perubahan energi. Sesuai dengan hukum thermodinamika yaitu :
Ke – 0 : Keseimbangan Termodinamika
Pertama : Energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan
Kedua : Semua perubahan spontan terjadi disertai pelepasan energi
bebas dari sistem ke lingkungan sekitar pada temperatur
dan tekanan konstan.

Hukum thermodinamika ke – 0 merupakan prinsip dasar untuk pengukuran temperatur. Hukum thermodinamika ke – 0 dapat terpenuhi apabila terjadi tiga keseimbangan sekaligus yaitu :
 Keseimbangan Termal : setelah semua suhu sama pada setiap titik.
 Keseimbangan Mekanik : setelah tidak ada lagi gerakan, ekspansi atau kontraksi.
 Keseimbangan Kimia : setelah semua reaksi kimia berlangsung.

Pernyataan pertama atau hukum pertama thermodinamika sangat penting dalam pengkajian perubahan-perubahan yang terjadi ketika logam mengalami korosi. Pernyataan kedua atau hukum kedua thermodinamika menyatakan ketika korosi berlangsung secara alami, proses yang terjadi bersifat spontan dan disertai pelepasan energi bebas. Dalam keadaan yang sebebas-bebasnya, alam akan meminimumkan energi, dan dengan korosilah alam meminimumkan energi logam-logam.
Bentuk energi sangat banyak tetapi gaya penggerak yang menimbulkan korosi berasal dari energi kimia. Energi ini antara lain diturunkan dari energi yang tersimpan dalam ikatan-ikatan kimia zat yang disebut energi dalam (internal energi) sistem.

Sebuah konsep yang menjelaskan laju reaksi-reaksi korosi adalah teori keadaan peralihan (Transition State Theory), yang persamaannya :
A + B C + D

Persamaan ini merupakan bentuk ringkas pernyataan, ‘Dua zat A dan B, yang dikenal sebagai reaktan, saling berinteraksi sedemikian rupa untuk membentuk dua zat baru yaitu C dan D yang merupakan hasil reaksi’. Agar dapat menghasilkan zat-zat baru A dan B bukan hanya harus saling sentuh melainkan juga harus terpadu secara fisik, untuk membentuk suatu zat antara AB. Hal ini terjadi dalam waktu yang singkat dan jika reaktan-reaktan memiliki energi cukup dan orientasi keduanya untuk berpadu tepat. AB merupakan keadaan peralihan, dimana reorganisasi keadaan peralihan ini yang kemudian secara langsung menghasilkan C dan D.

Profil energi merupakan sebuah diagram yang berguna untuk menggambarkan perubahan-perubahan energi bebas yang berlangsung selama reaksi (gambar 1). Sumbu Y dalam diagram merupakan energi bebas, perubahan energi ditulis dengan ∆G, dengan kesepakan bahwa huruf delta capital (∆) menyatakan ‘perubahan’. Sumbu X digunakan untuk koordinat reaksi dan dapat dianggap menyatakan kearah mana proses bergerak maju.


Dari Gambar 1 di atas menyatakan bahwa keadaan peralihan harus mempunyai energi bebas lebih tinggi dibanding jumlah energi-energi bebas pada masing-masing zat asal, yaitu A dan B. Pada umumnya, jumlah ini dinyatakan dengan simbol ∆G++. Karena gambar diatas merupakan reaksi spontan maka energi-energi hasil reaksi, C dan D harus lebih rendah dari energi-energi reaktan, A dan B, dengan selisih sebesar ∆G. Begitu terbentuk, keadaan peralihan dapat berubah kembali menjadi reaktan atau terus berubah menjadi hasil reaksi.

Dalam bentuk paling sederhana, laju reaksi korosi dapat ditulis dengan:
Laju = tetapan laju x [reaktan-reaktan] [1]

Besaran dalam kurung persegi menyatakan ukuran banyaknya zat, tetapan laju dapat dinyakan dalam hubungan dengan ukuran penghalang energi bebas:
Tetapan laju = C eksp ( -∆G++/ RT) [2]

Dengan C dan R adalah tetapan-tetapan, dan T temperatur mutlak. Persamaan diatas memperlihatkan bahwa ketika T bertambah, maka tetapan laju akan naik, tetapi jika ukuran penghalang ( ∆G++) dinaikkan, tetapan laju berkurang. Persamaan [2] merupakan bentuk modifikasi dari persamaan penting yang disebut persamaan Arrbenius. Laju korosi dipengaruhi oleh banyaknya zat. Banyaknya zat adalah salah satu dari tujuh satuan dasar dalam pengukuran SI yang sekarang disepakati diseluruh dunia, dimana satuan yang dipakai adalah mol (mole). Semua zat pada dasarnya terdiri atas atom-atom, molekul-molekul, atau ion-ion yang sangat berperan penting.

Logam-logam dalam keadaan tidak bergabung dengan bahan lainnya, biasanya memiliki tingkat energi tinggi. Hal ini dijelaskan pada gambar 2 menggunakan profil energi untuk menggambarkan perubahan-perubahan thermodinamika yang dialami suatu atom logam, logam bila berdiri sendiri disebut atom logam, dan sesudah bergabung lagi disebut hasil korosi.


Hukum thermodinamika mengungkapkan kecenderungan keadaan energi tinggi untuk merubah keadaan energi rendah. Kecenderungan inilah yang membuat logam-logam bergabung kembali yang akhirnya membentuk gejala yang disebut korosi.

B. Macam-macam Korosi

1. Korosi logam tak sejenis

Korosi logam tak sejenis adalah istilah yang dipakai untuk korosi akibat dua logam tak sejenis yang tergandeng membentuk sebuah sel korosi basah sederhana. Sebutan lain untuk korosi logam tak sejenis adalah korosi dwilogam atau korosi galvanik. Untuk mengetahui tingkat kecenderungan korosi galvanik di gunakan deret galvanik. Deret ini mempunyai manfaat praktis besar sekali karena dapat memungkinkan memperkirakan secara cepat hambatan korosi pada suatu gandengan logam tak sejenis. Contoh dari sebuah deret adalah tabel 1 yang merupakan deret elektrokimia.
Tabel 1 Potensial-potensial Reduksi Baku (KR. Trethewey)

Reaksi elektroda E0 (Volt)
Au+ + c = Au +1.68
Pt2+ + 2c = Pt +1.20
Hg2+ + 2c = Hg +0.85
Ag+ + c = Ag +0.80
Cu2+ + 2c = Cu +0.34
2h+ + 2c = H2 0.00
Pb2+ + 2c = Pb - 0.13
Sn2+ + 2c = Sn - 0.14
Ni2+ + 2c = Ni - 0.25
Cd2+ + 2c = Cd - 0.40
Fe2+ + 2c = Fe - 0.44
Cr3+ + 3c = Cr - 0.71
Zn2+ + 2c = Zn - 0.76
Al3+ + 3c = Al - 1.67
Mg2+ + 2c = Mg - 2.34
Na+ + c = Na - 2.71
Ca2+ + 2c = Ca - 2.87
K+ + c = K - 2.92

Daftar ini membandingkan potensial-potensial reduksi (atau Oksidasi) logam-logam, tetapi berbeda dari deret galvanik beberapa hal:
a. Deret elektrokimia memuat data elektrokimia yang bersifat mutlak dan kuantitatif untuk penggunaan dalam perhitungan-perhitungan teliti. Deret galvanik menyatakan hubungan antara logam yang satu dengan yang lain dibuat dari hasil perbandingan kualitatif atas aktivitas logam-logam.
b. Deret elektrokimia harus dan hanya memuat data tentang unsur-unsur logam, sedangkan deret galvanik memuat informasi baik mengenai logam murni maupun paduan, dengan demikian mempunyai manfaat praktis lebih besar.

Sebuah deret galvanik dapat dilihat pada gambar 3. Gambar ini memperlihatkan deret galvanik untuk sejumlah logam pada 25 oC dengan air sebagai elektrolit. Potensial-potensial yang di urutkan adalah gambar potensial-potensial korosi yang betul-betul bebas, dan pada umumnya dapat di tafsirkan bahwa semakin jauh letak dua logam dalam deret, makin parah korosi yang mungkin di alami oleh logam dengan aktivitas lebih besar.

2. Korosi intergranuler

Korosi yang terjadi bila daerah batas butir terserang akibat adanya endapan di dalamnya. Batas butir sering menjadi tempat yang di sukai untuk proses pengendapan (precipitation) dan pemisahan (segregation). Pisahan dan endapan berbeda jika dilihat dari pembentukannya. Bahan-bahan asing yang terdapat dalam struktur logam ada dua macam, yaitu :
a. Logam antara (intermetalik atau unsur antara), yaitu unsur-unsur yang terbentuk dari atom logam-logam dan mempunyai rumus kimia yang mudah di kenali. Logam ini dapat bersifat anoda atau katoda terhadap logam utama.
b. Senyawa, yaitu bahan yang terbentuk dari logam dan unsur-unsur bukan logam, seperti hidrogen, karbon, silikon, nitrogen dan oksigen.

Pada dasarnya, setiap logam yang mengandung logam antara atau senyawa pada batas-batas butirnya akan rentan terhadap korosi intergranular.


3. Korosi celah dan sumuran

Korosi calah dan korosi sumuran merupakan dua bentuk korosi yang berbeda, tetapi dalam aspek mekanisme serta penerapannya membuat perbedaan antara keduanya sangat kecil.
a. Mekanisme korosi celah
Sebelumnya penggunaan korosi celah (Crevice Corrosion) hanya untuk serangan terhadap paduan-paduan yang oksidasinya terpastikan oleh ion-ion agresif seperti klorida dalam celah-celah atau daerah-daerah permukaan logam yang tersembunyai. Sekarang, korosi celah memperoleh banyak sebutan lain, diantaranya korosi aerasi diferensial dan korosi sel konsentrasi. Istilah-istilah inilah yang mengarah ke aspek mekanisme-mekanisme korosi didalam celah atau retakan. Selain dua istilah diatas ada juga nama-nama lain yang biasanya tidak umum seperti korosi deposit, korosi retakan, korosi paking, dan lain-lain.
Korosi celah adalah serangan yang terjadi karana sebagian permukaan logam terhalang atau tersaing dari lingkungan di banding bagian yang lain logam.
b. Korosi sumuran
Korosi sumuran (Pitting Corotion) adalah korosi lokal yang secara selektif menyerang bagian permukaan logam, antara lain:
1) Selaput pelindungnya tergores atau retak akibat perlakuan mekanik.
2) Mempunyai tonjolan akibat dislokasi atau slip yang di sebabkan oleh tegangan tarik yang dialami atau tersisa.
3) Mempunyai komposisi heterogen dengan adanya inklusi, segresi dan presipitasi.
Contoh terjadinya korosi sumuran yaitu pada selembar baja lunak yang bersih di biarkan kehujanan dalam beberapa hari akan terkorosi dengan cepat dan ”karat” yang terbentuk akan berupa endapan keras, tonjolan-tonjolan bundar, pada bagian tertentu di mana titik-titik air menggenang lebih lama. Apabila “karat” kita sikat dengan sikat kawat maka akan terlihat lubang-lubang di tempat yang sama.
c. Kerentanan bahan
Lingkungan yang mudah untuk menimbulkan korosi sumuran dan celah adalah lingkungan yang mengandung kandungan ion klorida yang tinggi.

Dalam lingkungan air laut, ketahanan paduan-paduan terhadap bentuk bentuk korosi ini telah di buatkan tingkatannya yang telah di lihat pada tabel 2. Dari tabel kita dapat melihat baja nirkarat buruk sekali di lingkungan air laut.

4. Korosi erosi

Korosi erosi adalah korosi yang terbentuk ketika logam terserang akibat gerak relative antara elektroit dan permukaan logam. Korosi ini terutama di akibatkan oleh efek-efek mekanik seperti pengausan, abrasi dan gesekan. Logam-logam lunak sangat mudah terkena korosi jenis ini, misalnya, tembaga, kuningan, aluminium murni dan timbal. Selain itu logam-logam lain juga rentan terhadap korosi ini, tetapi dalam kondisi-kondisi aliran tertentu.
Tabel 2 Ketahanan relative logam-logam dan paduan-paduan dalam air laut tenang terhadap korosi celah ( KR.Trethewey )

Logam atau paduan ketahanan
Hassteloy C276 Lembam
Titanium
Tembaganikel (70/30) 0,5%Fe Baik
Tembaganikel (90/10) 1,5%Fe
Perunggu
Kuningan
Besi tuang austenitic Cukup
Besi tuang
Baja karbon
Incoloy 825 Rendah
Carpenter 20
Tembaga
Baja nirkarat 316 Buruk sumuran
Padauan Ni-Cr pada celah-celah
Baja nirkarat 304
Baja nirkarat seri 4000


Korosi erosi mudah dikenali karena dapat mnciptakan efek-efek yang agak aneh serta indah berupa ceruk-ceruk, lubang-lubang bundar atau parit-parit.
Gambar 4 Nozzle pada heat exchanger shell and tube yang mengalami korosi akibat erosi.

Gambar 5 Pipa kondensor dari kuningan Admiralty yang bocor akibat benturan uap basah.

Efek-efek khas yang dihasilkan oleh korosi erosi terjadi akibat ketergantungan laju erosi terhadap waktu. Pada permukaan lembut, laju erosi lambat, tetapi akan menjadi cepat apabila permukaanya semakin kasar. Apabila kekasaran permukaan telah mencapai kedalaman tertentu, selapis air akan menempel ke permukaan atau terperangkap dalam ceruk-ceruk, dan ini mengurangi efek erosi yang di timbulkan oleh aliran selanjutnya. Peronggan atau kavitasi adalah bentuk khusus korosi erosi yang di sebabkan oleh pembentukan dan pecahnya gelembung-gelembung uap di permukaan logam. Bentuk korosi ini cenderung lebih banyak dialami oleh komponen-komponen yang digerakkan dengan kecepatan tinggi dalam fluida, dari pada dalam pipa atau tanki di mana fluida mengalir terhadap permukaan logam yang diam. Jadi baling-baling kipas dan roda gigi turbin hidrolik adalah komponen-komponen yang paling mungkin menderita korosi peronggaan. Pada Gambar 6 adalah contoh korosi peronggaan disepanjang tepi sebuah bilah baling-baling.



Gambar 6 Peronggaan yang dialami oleh bilah baling-baling dari paduan tembaga.

Salah satu metode yang baik dalam pengendalian korosi peronggaan adalah menggunakan komponen-komponen yang halus dan rapi pengerjaanya sehingga tempat pembentukan gelembung semakin sedikit. Cara lain, dibuat selaput karet sebagai ketahanan terhadap korosi.
5. Korosi udara

Sebelum menjelaskan langkah-langkah yang dapat diambil untuk mengendalikan korosi udara (atmosphire corrosion), kita mempelajari dahulu beberapa faktor yang menyebabkannya.

Faktor yang paling penting adalah adanya air yang mungkin berasal dari hujan, kabut, atau pengembunan akibat kelembaman relatif yang tinggi. Hujan deras dapat menguntungkan karena membasuh bahan-bahan pengotor yang menumpuk di permukaan logam. Dalam merancang sebuah setruktur, kita harus selalu waspada agar air hujan bisa mengalir dengan bebas dan mempunyai ventilasi yang cukup untuk mengeringkan seluruh permukaan.

Kabut dan pengembunan dapat mendatangkan korosi dari air udara karena membasuhi seluruh permukaan termasuk yang tersembunyi. Lapisan-lapisan tipis air dari kabut dan embun tidak akan mengalir dan akan tetap disitu sampai menguap oleh hembusan angin atau meningkatnya temperatur.