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 :
- Uniform corrosion
- Galvanic corrosion
- Crevice corrosion
- Pitting corrosion
- Intergranular corrosion
- Selective Leaching (Dealloying Corrosion)
- Erosion Corrosion
- 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