KOROSI

KOROSI

Korosi di defenisikan sebagai disintegrasi dari material yang diakibatkan oleh adanya reaksi kimia dengan lingkungan. Kata korosi diambil dari bahasa latin yaitu “corrodere”, yang artinya “termakan”. Dengan kata yang lebih umum korosi dapat diartikan dengan hilangnya elektron dari metal yang bereaksi dengan air dan oksigen. Korosi akan mengurangi kekuatan metal seiring dengan reaksi oksidasi dari atom metal, atau dikenal sebagai contoh dari electerochemical corrosion. Korosi juga dapat terjadi pada material yang lain selain metal seperti keramik atau polymer.

JENIS-JENIS KOROSI

Berdasarkan pengamatan permasalahan korosi yang paling banyak ditemukan, ada delapan jenis korosi yaitu :

1. Uniform corrosion
2. Galvanic corrosion
3. Crevice corrosion
4. Pitting corrosion
5. Intergranular corrosion
6. Selective Leaching (Dealloying Corrosion)
7. Erosion Corrosion
8. Stress-Corrosion Cracking

Korosi uniform pada umumnya tidak dipengaruhi oleh desain komponen dan microstruktur dari material, namun sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan dan komposisi material, dan pada umumnya berlangsung secara lambat. Sedangkan jenis korosi yang lain sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkingan, komponen dan desain sistem, dan atau microstruktur dari material. Laju korosi jenis ini lebih tinggi dari jenis korosi uniform dan dalam beberapa kasus laju korosinya bisa sangat tinggi. Setiap jenis dari korosi harus dievaluasi dan diperhitungkan dari segi material dan lingkungan ketika akan mendesain suatu sistem.

A. UNIFORM CORROSION

            Korosi uniform adalah bentuk korosi yang umum yang terjadi di atas permukaan material yang luas, dan hanya dipengaruhi oleh komposisi dari material dan lingkungan. Korosi ini menyebabkan penipisan dari material sampai akhirnya terjadi kegagalan. Laju korosi uniform sangat mudah diprediksi berdasarkan persamaan eksponensial berikut :

                                                p = At^-B

            dimana :

            p          : laju korosi

            t           : waktu pengamatan

            A,B      : konsatanta, yang nilainya tergantung material dan                  

                        lingkungan.

Penurunan laju korosi seiring waktu adalah sebagai akibat langsung dari lapisan scale oksida yang terbentuk pada permukaan logam, yang kemudian mengurangi terjadinya korosi yang lebih parah. Namun ada beberapa kasus yang ekstrim, dimana tingkat korosif dari lingkungan yang tinggi sehingga menghambat pembentukan lapisan oksida pada permukaan metal. Pada kasus ini, laju korosi akan konstan sepanjang waktu. Grafik berikut menggambarkan hubungan ini untuk korosi uniform.

           

                                                Grafik Laju Korosi Uniform

Persamaan di atas dapat digunakan untuk memprediksi kerusakan akibat korosi untuk jangka waktu yang lama dengan hanya melakukan test yang singkat. Namun ada beberapa permasalahan dengan prediksi ini yaitu lingkungan biasanya berubah seiring waktu sehingga laju korosi akan menyimpang dari prediksi yang menggunakan persamaan ini. Dan juga peningkatan bentuk korosi pada suatu area akan mempercepat laju korosi.

            Korosi uniform diukur dengan hilangnya berat atau ketebalan material yang korosi  dan dapat dikonversikan dengan menggunakan persamaan :                

                                               

            dimana :

            t           : pengurangan ketebalan dalam mm/tahun

            w         : pengurangan berat dalam mg

            ρ          : berat jenis dalam g/cm³

            A         : luas permukaan yang terkena korosi dalam in²

            T          : waktu dalam jam

A.1. Kepekaan Logam terhadap Korosi Uniform

            Logam Magnesium dan low alloys ferrous adalah logam yang paling peka terhadap terjadinya korosib uniform. Untuk logam yang peka terhadap korosi uniform, dengan meningkatkan campuran dengan spesifik element  dapat meningkatkan ketahanan terhadap korosi uniform. Campuran harus memperhatikan kodisi lingkungan dan tingkat korosivitas yang terjadi.

                        Laju Korosi Beberapa Logam pada Kondisi Atmospheric

Grafik Laju Korosi Uniform Relatif Tiang Pancang Baja pada Lingkungan Laut

A.2. Penanganan Korosi Uniform

            Pemilihan material harus diperhatikan dari segi kepekaan logam terhadap korosi uniform dan lingkungan dimana material akan dipasang. Organic atau metallic coating harus digunakan jika memungkinkan. Ketika Coating tidak digunakan, treatment permukaan material yang dapat menghasilkan lapisan oksida sehingga pengurangan ketebalanakibat korosi dapat dikontrol. Ada juga treatment permukaan yang menambahkan elemen tambahan yang tahan korosi seperti krom. Inhibitor uap dapat juga digunakan melalui boiler untuk menghambat korosi dan juga dengan mengatur pH lingkungan.

B. KOROSI GALVANIC

            Korosi Galvanic terjadi ketika dua logam yang mempunyai perbedaan potensial listrik (logam yang berbeda) dihubungkan secara elektrik, atau bersentuhan secara fisik, atau terhubung melalui konduktor listrik seperti cairan elektrolit. Jika hal ini terdapat  pada suatu sistem akan membentuk elektrochemical cell  yang akan menghantarakan listrik. Arus induksi dapat menarik elektron keluar dari satu logam, yang kemudian disebut sebagai anoda. Hal ini akan terus mempercepat  laju korosi pada anoda. Logam yang satunya yang kemudian disebut sebagai katoda, akan terus menerima elektron dari anoda. Hal ini akan mempercepat ketahanan katoda terhadap korosi karena dapat terus memsuplay elektron untuk terjadinya reaksi korosi  yang terus menerus ditarik dari anoda. Korosi galvanic biasanya terjadi paling besar dekat permukaan dua logam yang bersentuhan. Pada umumnya korosi yang terjadi adalah sebagai hasil dari reaksi elektrochemical yang terjadi antara anoda dan katoda. Logam dengan potensial yang lebih rendah relatif terhadap logam yang lain bertindak sebagai anoda, sedangkan logam dengan potensial yang lebih tinggi bertindak sebagai katoda. Reaksi korosi / arus korosi (aliran arus listrik) terjadi karena adanya perbedaan potensial. Beberapa potensial listrik untuk berbagai jenis  logam dapat dilihat pada tabel berikut(Potensial ini adalah pada kondisi standard, tetapi kondisi aktual akan bervariasi pada logam dan campurannya khususnya pada kondisi lingkungan yang berbeda) :

B.1. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Korosi Galvanic

            Beberapa faktor yang mempengaruhi terjadinya dan laju korosi galvanic adalah :

1. Perbedaan Potensial

            Penyebab utama terjadinya korosi galvanic adalah perbedaan potensial antara dua buah logam yang berbeda dan biasanya semakin besar perbedaan potensial maka akan semakin besar  laju korosi galvanic. Korosi galvanic terjadi lebih besar pada kontak area dua logam yang berbeda. Persamaan dasar yang menunjukkan potensial listrik dari sistem galvanic adalah :

                        Ec – Ea = I(Re + Rm)

dimana :

            Ec       : potensial listrik pada katoda

            Ea       : potensial listrik pada anoda

            I           : arus listrik

            Rm      : hambatan elektroda (external circuit)

           Re        : hambatan larutan elektrolit pada circuitgalvanic (internal                  

                         circuit).

Ada beberapa sumber standard potensial elektroda dari logam spesifik dan campurannya. Namun dalam menentukan laju korosi galvanic pada kondisi lingkungan yang spesifik tidak boleh menggunakan potensial elektroda logam standard. Standard ini ditentukan dari potensial logam dalam kesetimbangan dengan konsentrasi elktrolit yang spesifik. Lebih jauh sistem galvanic adalah dinamik dan reaksinya tergantung pada faktor-faktor yang lain termasuk konsentrasi elektrolit, temperatur, pH dan kandungan oksigen dan pergerakan fluida. Ada kejadian dimana korosi galvanic terjadi antara dua logam yang sama. Hal ini dapat terjadi ketika logam memiliki kondisi akatif dan fasif. Sebagai contoh, satu bagian logam dilapisi dengan lapiasan oksida film sehingga kondisinya jadi fasif, sedangkan bagian logam yang  lain diekpose ke atmosfir. Kondisi ini akan menghasilkan perbedaan potensial yang menyebabkan bagian yang aktif dari logam akan terkorosi secara galvanic.

2. Luas Permukaan Relatif

            Ukuran dari logam pada system galvanic juga mempengaruhi laju dan tingkat korosi galvanic. Sebagai contoh sistem dengan luas katoda( logam yang kurang reaktif), relative lebih besar dari anoda (logam yang lebih reaktif), akan mengalami korosi galvanic yang lebih cepat menyebar daripada sistem elektroda dengan ukuran yang sama. Lebih jauh, sistem dengan luas anoda yang relatif lebih besar dari katoda tidak akan mengalami korosi galvanic yang lebih luas. Pada umumnya, korosi pada anoda proporsional terhadap luas area katoda. Aliran arus induksi meningkat proporsional dengan meningkatnya luas area katoda relative terhadap anoda demikian juga sebaliknya.

3. Geometri

            Komponen geometri adalah faktor lain yang mempengaruhi aliran arus, yang secara konsekuen mempengaruhi laju korosi galvanic. Arus tidak dapat dengan mudah mangalir melalui sudut.

4. Elektrolit dan Lingkungan

            Laju korosi galvanic juga tergantung pada konsentrasi, kandungan oksigen dari elektrolit dan juga temperatur dan lingkungan. Kenaikan temperatur akan meningkatkan laju korosi galvanic, sementara kenaikan konsentrasi elektrolit akan menghasilkan penurunan laju korosi. Hal lain yang juga mempengaruhi terjadinya korosi galvanic adalah pH dari cairan elektrolit. Sebagai contoh, logam katoda dalam netral atau basic elektrolit dapat menjadi anoda jika elektrolit menjadi lebih asam. Pergerakan elektrolit juga dapat meningkatkan laju korosi, karena dapat meindahkan logam yang teroksidasi dari permukaan anoda. Hal ini akan  mengakibatkan oksidasi yang terus-menerus dari anoda.

B.2 Pemilihan Material

Pada umumnya korosi galvanic dapat dicegah jika diberikan perhatian yang besar terhadap pemilihan material selama mendesain suatu sistem. Biasanya sangat menguntungkan dari segi performance dan operasional dari sebuah sistem untuk menggunakan lebih dari satu jenis logam, tetapi hal ini dapat mengakibatkan timbulnya permasalahan korosi galvanic. Oleh karena itu pertimbangan yang cukup harus tetap diperhatikan dalam pemilihan material yang mengacu pada perbedaan potensial dari logam.

1. Rangkain Galvanic

            Perbedaan potensial antara dua logam secara kualitatif  dapat ditentukan dari rangkain galvanic pada tabel berikut :

Beberapa logam berulang dalam tabel di atas, hal ini terjadi karena properti galvanicnya kan berubah ketika diberikan perlakuan panas yang berbeda, atau dapat terjadi dalam dua keadaan yang berbeda. Logam yang berada dalam keadaan yang aktif, ketika permukaan logam berinteraksi langsung dengan lingkungan, dan logam dalam keadaan pasif ketika lapisan film terbentuk dalam permukaannya.

Tabel ini sangat membantu dalam memperkirakan kemungkinan korosi pada sistem bimetalic yang spesifik dengan melihat jarak antara dua logam pada rangkaian galvanic. Tetapi tabel tidak berguna ketika akan memprediksikan laju korosi, karena ada beberapa faktor lain yang mempengaruhi besarnya laju korosi pada sistem bimetalic.

Logam pada bagian atas pada rangkaian galvanic, lebih tidak reaktif sehingga bertindak sebagai katoda, sedangkan logam yang bagian  bawah, lebih reaktif dan bertindak sebagai anoda pada elektrochemical cell. Sebagai contoh, jika Copper secara elektrik akan dicouple dengan Tin dan direndam dalam air laut, maka Tin akan menjadi anoda dan akan lebih terkorosi dari Copper yang menjadi katoda. Dalam lingkungan selain air laut, logam dengan ketahanan yang lebih kecil terhadap korosi bertindak sebagai anoda dan akan lebih mudah terkorosi dibandingkan dengan logam yang lain.

2. Tabel pemilihan Material yang Lain

            Telah ada beberapa grafik dan tabel yang di hasilkan untuk membantu proses pemilihan material dan mengeliminasi potensi terjadinya korosi galvanic. Tabel di bawah ini memuat kecocokan logam spesifik dan campurannya dengan logam spesifik yang lain dalam air lain yang berhubungan dengan korosi galvanic. Tabel ini menunjukkan apakah kombinasi dari logam atau campuran logam cocok, kurang baik, atau tidak pasti. Catatan bahwa list bahan stainless steels dalam tabel semuanya dalam keadaan yang sama (aktif atau pasif).

Tabel Kecocokan Korosi Galvanic dari Logam dan Campurannya pada Air Laut

            Pada sisi yang lain, tabel bahan logam dan campurannya berhubungan dengan korosi galvanic dalam lingkungan selain air laut, seperti kapal laut dan atmosfir industri adalah sebagai berikut :

Tabel Kecocokan Logam dan Campurannya terhadap  Korosi Galvanic  di Lingkungan Kapal Laut dan Industri

3. Penanganan Korosi Galvanic

            Jika desain, pemilihan material, dan pemeliharaan yang benar dan sesuai, maka relatif akan mencegah terjadinya korosi galvanic pada sebuah sistem yang baru. MIL-STD-889 (aktif), adalah standard DOD pada dua jenis logam yang berbeda. Tujuan dari standard ini adalah untuk menentukan dan mengklasifikasikan logam yang tidak sama dan menetapkan persyaratan untuk proteksi pemasangan logam yang berbeda di dalam semua perlatan militer, komponen dan pabrikasinya. Tabel berikut menyediakan daftar yang ringkas sebagai panduan untuk meminimalkan korosi galvanic.

Tabel Panduan untuk meminimalkan Korosi Galvanic

• Gunakan satu jenis material dalam suatu sistem
• Jika menggunakan lebih dari satu jenis material, pilih kombinasi logam yang dekat dalam rangkain galvanic, atau piluh logam yang cocok secara galvanic.
• Hindari menggunakan luas area yang lebih kecil pada anoda yang dipasangkan dengan katoda yang luas areanya lebih besar. Komponen yang kecil atau yang kritis seperti baut pengencang harus lebih noble metal.
• Isolasi logam yang tidak sama jika memungkinkan dan praktis (sebagai contoh, dengan menggunakan gasket). Sangat dianjurkan untuk mengisolasi secara keseluruhan jika memungkinkan.
• Aplikasikan coating. Pemeliharaan coating yang baik harus tetap dilakukan secara bertahap pada bagian anoda.
• Tambahkan inhibitor jika memungkinkan, untuk menurunkan agresivitas dari lingkungan.
• Hindari sambungan ulir untuk material yang jauh pada rangkain galvanic.
• Desain bagian anoda yang dapat diganti atau dibuat lebih tebal agar dapat bertahan lebih lama.
• Pasang logam ketiga yang lebih anodic di antara dua logam yang dihubungkan secara galvanic.

3.1. Efek Luas Permukaan

            Dengan memperhatikaan luas area relatif dari dua logam yang dihubungkan secara galvanic dapat meminimalkan korosi galvanic. Ukuran logam katoda dalam sistem bimetal secara signifikan tidak boleh lebih besar dari ukuran logam anoda, karena akan menyebabkan tingkat korosi yang lebih besar pada anoda. Atau dengan kata lain ukuran logam anoda harus sama atau lebih besar dari logam katoda. Sebagai contoh, logam yang lebih noble dalam rangkain galvanic harus digunakan sebagai paku keling, baut atau elemen pengunci lain, sehingga luas area anoda akan lebih besar dari komponen katoda.

3.2. Perlindungan Katoda

            Korosi galvanic dapat diarahkan untuk melindungi logam yang lebih penting. Metode proteksi ini menggunakan logam yang sangat aktif atau ada dalam bagian paling bawah pada rangkain galvanic untuk dikorbankan menjadi terkorosi. Pengorbanan logam anoda ini akan melindungi logam yang lebih penting yaitu logam katoda dari korosi. Magnesium dan Seng biasanya digunakan sebagai anoda yang dikorbankan. Anoda yang dikorbankan akan sering diganti ketika pemeliharaan karena termakan korosi galvanic.

3.3. Isolasi Logam yang tidak Sama

            Bahan yang bersifat isolator pada listrik, yaitu bahan non logam dapat digunakan untuk mengisolasi dua jenis logam yang tidak sama. Hal ini akan memutus hubungan listrik atau setidaknya menaikkan hambatan listrik sehingga minimal dapat menurunkan atau malah menghambat terjadinya korosi galvanic.

3.4. Coating

            Metallic Coating biasanya digunakan untuk proteksi sistem bimetal terhadap korosi galvanic. Coating ini bertindak sebagai pelindung dengan beraksi sebagai penghalang terhadap korosi atau yang pertama kena korosi,  sehingga dapat menyelamatkan logam dari terjadinya korosi. Sebagai contoh seng seringkali digunakan sebagai coating pada baja, dan karena seng tidak terlalu tahan terhadap korosi, seng akan terkorosi lebih dulu untuk melindungi baja. Sehingga seng berfungsi sebagai anoda yang dikorbankan. Noble metal dalam rangkain galvanic biasanya digunakan sebagai coating penghalang korosi, karena logam ini relatif tidak reaktif. Coating ini dapat mengisolasi logam yang dilindungi dari lingkungan, namun pori-pori, cacat, atau area yang rusak pada coating penghalang ini masih dapat memungkinkan terjadinya korosi galvanic. Lebih jauh area yang tidak tetutup ini dalam sistem coating sering menjadi target tempat terjadinya korosi. Jika logam anodic dicoating dengan coating penghalang tanpa melakukan coating terhadap logam katodic, dapat menghasilkan efek negatif karena akan mengurangi luas area anoda. Lebih jauh jika anoda di coating, sementara katoda tidak, logam katoda dapat menjadi anodic dibandingkan logam anoda.

3.5. Crevice

            Sambungan ulir antara dua logam yang berbeda yang letaknya jauh dalam rangkain galvanic harus dihindarkan. Crevice (celah) sangat direkomendasikan diseal dengan pengelasan atau brazing untuk perlindungan terhadap korosi galvanic.

4. Crevice Corrosion (Korosi Celah)

            Korosi Crevice terjadi sebagai hasil dari adanya air atau cairan yang terjebak dalam suatu lokalisasi area(celah) pada suatu komponen atau sistem. Area ini dapat meliputi sudut, sambungan, gasket dan lain-lain.

5. Pitting Corrosion (Korosi Pitting)

            Korosi Pitting adalah korosi yang terjadi medium korosif menyerang logam pada titiik yang spesifik yang menyebabkan terbentuknya lubang kecil pada logam. Hal ini biasanya terjadi ketika coating pelindung atau oksida film memiliki pori karena kerusakan mekanik atau degradasi kimia. Pitting dapat menjadi korosi yang sangat berbahaya karena sangat susah untuk diantisipasi dan dicegah, relatif susah untuk dideteksi, terjadi dalam waktu yang sangat cepat, dan melakukan penetrasi terhadap logam tanpa mengakibatkan logam kehilangan berat yang signifikan. Kegagalam logam karena efek korosi pitting dapat terjadi dengan begitu cepat. Pitting juga dapat mengakibatkan efek samping, sebagai contoh crack dapat terjadi pada tepi lubang (pit) seiring dengan meningkatnya tegangan lokal. Sebagai tambahan lubang dapat membesar di bawah permukaan logam yang dapat menurunkan kekuatan material secara cepat.                                                                    

Gambar Hasil Korosi Pitting pada Rel Aluminium yang Lokasinya Berada Dekat Laut

5. Korosi Erosi

            Korosi erosi bentuk korosi sebagai hasil dari interaksi aliran  larutan elektrolit relatif terhadap permukaan logam. Hal ini terjadi karena terdapat partikel padat kecil yang terikut dalam aliran fluida. Aliran fluida ini menyebabkan keausan dan abrasi, dan meningkatkan laju korosi di atas laju korosi uniform pada kondisi yang sama. Korosi erosi terjadi pada sistem perpipaan, sistem pendingin, valve, sistem boiler, propeler, impeler dan komponen-komponen yang lain. Korosi erosi yang khusus terjadi sebagai hasil dari terjadinya tumbukan dan kavitasi. Tumbukan dapat diartikan sebagai perubahan arah dari aliran fluida sehingga gaya yang lebih besar terjadi pada permukaan luar pada sambungan elbow. Kavitasi adalah tumbukan dari gelembung-gelembung uap yang pecah yang dapat menyebabkan kerusakan permukaan jika tumbukan ini terus berulang pada permuakaan logam.

6. Stress-Corrosion Cracking

            Stress Corrosion adalah penomena cracking yang dipengaruhi oleh lingkungan yang kadang-kadang terjadi ketika logam mengalami tegangan tarik dan lingkungan yang korosif secara bersamaan. Hal ini tidak dapat disamakan dengan penomena yang serupa seperti penggetasan oleh hydrogen, dimana logam yang digetaskan oleh hydrogen, seringkali menyebabkan crack pada logam. Lebih jauh, SCC tidak didefenisikan sebagai penyebab cracking yang terjadi ketika permukaan logam terkorosi yang menghasilkan titik pusat terjadinya crack, melainkan korosi yang terjadi karena adanya tegangan statik. Bentuk lain korosi yang hampir sama dengan stress corrosion walaupun sebenarnya berbeda adalah korosi fatiq. Kunci perbedaanya adalah SCC terjadi karena tegangan statik, sedangkan korosi fatiq terjadi karena tegangan dinamik atau tegangan putaran.

            Stress corrosion cracking (SCC), adalah proses yang terjadi pada material dimana crack menyebar ke struktur internal logam, yang biasanya menyebabkan permukaan logam pecah-pecah. Ada dua bentuk utama dari SCC, yaitu intergranular dan transgranular. Prose cracking pada bentuk intergranular kebanyakan pada batas-batas butiran sedangkan pada bentuk  transgranular tidak hanya terjadi pada batas-batas butiran saja, tetapi dapat menembus butiran logam. Crack biasanya cenderung menyebar pada arah yang tegak lurus terhadap tegangan yang terjadi. Tegangan mekanik yang terjadi, tegangan sisa, tegangan termal, dan tegangan sisa pengelasan bersamaan dengan bahan korosif juga dapat dapat memicu terjadinya SCC. Korosi pitting, khususnya pada logam yang sensitif, adalah salah satu penyebab terjadinya SCC.

            SCC adalah bentuk korosi yang sangat berbahaya karena sangat susah untuk dideteksi, dan dapat terjadi pada level tegangan yang jauh dibawah tegangan desain bahan. Dan juga mekanisme dari SCC tidak dapat dipahami secara mendalam. Ada beberapa mekanisme SCC yang tersedia, namun tidak ada yang dapat menjelaskan secara lengkap.

Gambar Stress Corrosion Cracking, (a) Intergranular, (b) Transgranular