korosi galvanis

Mengapa kita perlu memahami korosi dan perlindungannya terhadap besi/ baja?

Karena besi tersedia dalam jumlah besar di alam, memiliki sifat mekanik yang memadai, dan diperlukan biaya produksi yang relatif murah untuk digunakan sebagai komponen utama dari struktur lepas pantai dan darat. Namun besi adalah logam yang sangat tidak stabil, dan akan menimbulkan korosi mudah bila terjadi kontak dengan udara lembab, air atau bahkan dengan beberapa bahan kimia yang akan menimbulkan reaksi dengan baja. Dengan kata lain dalam kondisi normal atmosfer lembab, proses baja untuk membentuk oksida (Fe2O3 dan atau Fe (OH) 3) akan berlangsung secara spontan.

Kondisi diatas dapat dengan mudah kita temui pada aplikasi baja di zona “splash zone” suatu konstruksi laut seperti jacket platform, dimana di baja akan timbul korosi lebih cepat karena:

1. Tingginya konsentrasi oksigen di daerah splash zone akibat berlimpah Oksigen dari atmosfer.
2. Deposit garam akibat siklus basah dan kering menciptakan  kecenderungan tinggi terjadinya  korosi pitting (lubang) pada material.

Ada perbedaan deskripsi dalam sel korosi antara konsep kimia dan konsep listrik.
Dalam konsep Kimia (Fig 1):

 

• Anoda bermuatan positif, dan
• Katoda bermuatan negatif,
• Elektron dalam konsep ini mengalir dari Anoda ke Katoda

Dalam Konsep Listrik (Fig. 2):

 

• Anoda adalah bermuatan negatif, dan
• Katoda bermuatan positif,
• dan arus listrik mengalir dari Katoda ke Anoda.

Kenyataannya, diantara dua loham yang berlainan jenis, suatu material logam bisa jadi jauh lebih stabil dari yang lainnya. Alasan utama dari hal ini adalah karena adanya energi potensial listrik yang berbeda diantara kedua logam, seperti yang ditunjukkan didalam list dibawah ini:

Galvanic Series in Sea Water

• Penambahan unsur campuran (alloying) akan memberikan sifat tertentu kepada material. Misalnya baja tahan karat dengan campuran kromium, nikel, dan molibdenum akan membuat baja lebih mulia (noble) dan akan mempromosikan pembentukan suatu lapisan film, kuat padat, bersifat oksida pelindung pada permukaan logam.
• Pembentukan lapisan pelindung (film oxide) pada permukaan logam bersifat lebih resistif dari material dasarnya. (Film oksida contohnya adalah baja tahan karat dan aluminium).

Dalam suatu seri galvanis (Galvanic Series) seperti tabel diatas menunjukkan bahwa semakin banyak energi yang dibutuhkan dalam proses pemurnian (refining), maka logam tersebut akan lebih mudah untuk terkorosi. Dalam hal logam lain yang membutuhkan sedikit energi untuk proses pemurniannya, maka logam tersebut akan semakin tahan korosi (contohnya emas).

Kecepatan Korosi

Mengapa suatu material logam bisa terkorosi lebih cepat dari yang lainnya???

Adalah suatu fakta bahwa beberapa material akan terkorosi lebih cepat dari yang lainnya saat terekspose dengan lingkungan tertentu. Misalnya baja karbon akan terkorosi lebih cepat di air laut, sementara emas lebih inert (kebal) pada kondisi tersebut. Mengapa mereka beraksi begitu berbeda?
Jawabannya dapat ditemukan dengan melihat tingkat potensial energi (galvanic potential) dari setiap logam. Pada dasarnya setiap material secara alami berada pada kondisi level energinya yang terendah.  Untuk material berbahan logam, ini seperti mineral (bijih besi), oksida atau yang serupa dan belum dalam bentuk logam (olahan) atau paduan (alloy) yang biasa kita gunakan dalam keperluan konstruksi. Di alam kita hanya terdapat beberapa logam murni yang ditemukan, logam ini biasa disebut “logam mulia/ noble” dan tidak perlu melalui energi pemurnian atau proses pengolahan (refining) sebelum bisa kita gunakan. Dengan demikian, tingkat energi dari logam mulia seperti emas adalah hampir sama dengan tingkat dalam bentuk yang paling stabil yang ditemukan di alam.

Untuk Magnesium, Seng, Aluminium, Besi dan baja situasinya sangat berbeda. Logam ini (atau paduan mereka) tidak ditemukan bebas di alam. Misalnya besi dan baja perlu diekstraksi dari bijih besi di dalam tungku sembur (blast furnace) atau oven elektro di mana bijih besi bersama-sama dengan batubara atau kokas dipanaskan sampai suhu yang sangat tinggi. Untuk menghasilkan sejumlah besi atau baja, maka diperlukan cukup banyak energi ke dalam proses . Dengan demikian, tingkat energi dari material logam yang kita gunakan sehari-hari jauh lebih tinggi daripada tingkat energi dari bahan alami logam tersebut saat ditemukan di alam. Kemudian secara natural, alam dengan proses korosi akan memulai proses peleburan tingkat energi baru pada logam tersebut dan membawa logam kembali ke asalnya. Logam akan terurai (korosi) dan energi akan dirilis. Dalam pandangan termodinamika, reaksi spontan ini (spontanueos reaction) adalah dimulainya sebuah proses korosi.

Dalam model yang sangat sederhana, kita dapat mengatakan bahwa lebih banyak energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan suatu logam atau paduannya, maka potensi yang mendorong untuk memulai suatu proses korosi akan semakin tinggi. Kita bisa melihat List of Galvanic Series sebagai panduan peringkat untuk mengetahui mana logam yang lebih stabil dan mana yang mudah terkorosi.

Sebagaimana disebutkan di atas, Beberapa bahan logam bisa menjadi jauh lebih stabil melalui proses pengolahan/ manufacturing/ alloying. Penambahan unsur paduan akan memberikan sifat tertentu kepada logam. Misalnya baja tahan karat (stainless steel) adalah paduan besi dengan kromium, nikel dan Molybdenum. Bahan-bahan ini akan membuat baja lebih mulia dan akan mempromosikan pembentukan suatu lapisan film yang kuat, padat, dan menjadi pelindung (oxida) pada permukaan stainless steel. Pembentukan film pelindung pada permukaan logam akan lebih resistif dari bahan dasarnya. (Film oksida biasanya terbentuk pada baja stainless dan aluminium). Sedangkan pada efek kebalikan dimana suatu logam terkorosi lebih cepat dari kekebalan/ inertness yang diharapkan sebelumnya, kebanyakan disebabkan karena:

• Eksposur lingkungan tidak seperti yang ditentukan dalam desain.
• Kondisi operasi yang buruk, misalnya klorida/ hujan asam yang menyebabkan penurunan oksida lapisan pelindung (oxide film).
• Kualitas/ komposisi elemen paduan (alloy) yang digunakan kurang baik.
• Kotoran atau kontaminan yang terdapat pada paduan atau saat alloying.
• Adanya pekerjaan pengelasan atau mekanis telah mengubah struktur mikro dari paduan atau zona yang terkena panas.
• Adanya sumber energi eksternal yang diperkenalkan ke dalam alloy sehingga mengubah potensial elektrokimia  dari logam tersebut (contohnya pengelasan yang menimbulkan stray current/ arus liar).

Demikianlah penjelasan mengapa kecepatan korosi dari suatu logam berbeda-beda.

Pengaruh lingkungan terhadap kecepatan korosi pada suatu logam

Dari gambar diatas dapat kita lihat perbedaan laju korosi dari baja dan seng pada lingkungan yang berbeda-beda. Lingkungan operasi di laut memberikan pengaruh yang terburuk dibandingkan dengan lingkungan industri dan lainnya.

Seberapa cepatkah suatu logam terkorosi? Pertanyaan mudah, namun secara sederhana sulit dicari jawabannya…

Jika arus korosi yang sebenarnya dapat diukur secara akurat secara real time, kita bisa memiliki gambaran yang baik tentang hal ini. Dari banyak literatur prediksi laju korosi material dapat dicari dengan menggunakan rumus Farraday (honestly saya pun ngga tau yang mana ini) untuk menentukan corrosion allowance (batas korosi yang diijinkan) terhadap suatu struktur sehingga dapat ditentukan jadwal pemeliharaannya. Korosi dapat diukur dalam bentuk kedalaman serangan (depth of attack) apalagi bila korosinya bersifat serangan lokal (pitting atau celah) yang diukur dalam satuan mm, atau secara umum dapat dinilai dari adanya kehilangan berat dari material yang terkorosi tersebut, diukur dalam (g/cm2) atau sebagai rate (mm / tahun).

Untuk memprediksi laju korosi material adalah sangat sulit. Alasannya adalah bahwa jumlah parameter dan variabel yang mempengaruhi korosi sangat besar. Selain itu, laju korosi dapat meningkat atau berkurang, tergantung pada produk korosi yang terbentuk di dalam sistem dan bagaimana kondisi lingkungan yang mempengaruhi korosi berubah terhadap waktu. Perlu dicatat bahwa variabel korosif dapat sangat berbeda dari satu jenis elektrolit dengan elektrolit lainnya. Misalnya tingkat korosifitas air laut bervariasi tergantung daerah dan iklimnya. Faktor-faktor penting seperti salinitas, temperatur (yang mempengaruhi kelarutan oksigen) dan aktivitas mikrobiologi/ pertumbuhan akan bervariasi baik dengan lokasi geografis dan musim.

Pada banyak kasus, secara umum kecepatan korosi pada logam akan bergantung pada:

• Type dari material
• Type dari elektrolit/ lingkungan sekitar
• Kondisi operasi
• Keberadaan kontaminan di lingkungan sekitar
• Type dari pelindung korosi yang dipakai pada suatu sistem atau material.

 Spesifik dari sudut kondisi lingkungan, korosifitas akan meningkat atau bervariasi tergantung pada:

• Suhu
• Salinitas
• Kandungan oksigen
• Kecepatan Air
• Keasaman 
• Jenis elektrolit (misalnya kargo atau bahan kimia)
• Isi kontaminan/ polusi yang mempromosikan korosi 
• Mikro-organisme, dll

Salinitas air laut adalah salah satu faktor yang paling menentukan korosifitas suatu lingkungan. Garam membuat air menjadi konduktor listrik dan mempromosikan proses elektrokimia korosi. Keasaman/ pH: Skala pH (0-14) digunakan sebagai ukuran keasaman. Skala ini didasarkan pada konsentrasi ion hidrogen dalam suatu larutan. Nilai 1 (asam) mengacu pada keasaman tertinggi, sedangkan 14 adalah (basa) adalah nilai yang paling rendah, sedangkan 7 adalah netral. Secara umum korosi akan meningkat seiring dengan meningkatnya keasaman (nilai pH rendah), tetapi tingkat alkalinitas (basa) yang tinggi juga dapat mempromosikan korosi. Misalnya terjadi pada Aluminium dimana hanya pasif pada kondisi yang mendekati solusi netral (pH 5-8). Sifat korosif lingkungan laut biasanya meningkat seiring dengan meningkatnya:

• Kelembaban
• Suhu
• Kandungan garam
• Kandungan polusi udara, termasuk jelaga dan partikel debu

Akhirnya, kondisi eksposur adalah sangat penting terhadap kecepatan korosi. Pengaruh korosi yang cepat biasanya terjadi karena:

• Kondisi yang menyulitkan permukaan logam yang basah menjadi kering (ventilasi yang buruk, garam kondisi yang lembab, dll)
• Peningkatan konduktivitas lapisan film pada permukaan logam yang lemah (karena garam dan kontaminan asam-acid)
• Tekanan lingkungan yang buruk, seperti tekanan dan suhu yang tinggi.
• Perubahan kondisi lingkungan yang terjadi dengan cepat (misalnya perubahan suhu tinggi ke suhu rendah dengan tiba-tiba dapat memberikan tegangan termal terhadap bahan dasar, sistem pelindung, dan terjadi kondensasi di permukaan logam)
• Tekanan mekanis dapat menghancurkan sistem pelindung atau menghapus film atau lapisan pelindung yang terbentuk pada permukaan logam.
• Rusaknya lapisan pelindung oksida/ film oksida pada permukaan logam (misalnya pada stainless steel dan aluminium dan penghapusan tembaga oksida (copper oxide)/ hidroksida pada tingkat aliran yang tinggi.
• Galvanic kopling (sentuhan) dengan bahan yang lebih mulia/ noble (Bi-metallic corrosion).
• Rasio yang sangat besar antara daerah Katoda dan daerah Anoda yang dapat menyebabkan korosi terkonsentrasi di daerah anoda.

Lebih sederhana lagi pada material baja, kecepatan korosi biasanya meningkat seiring dengan

• Meningkatnya temperatur, dan
• Meningkatnya kelembaban.

Artikel pmahatrisna.wordpress.com