Pengaruh Struktur dan ketebalan Lapisan dan Zat – Pencemar Pada Proses Perkaratan

Pengaruh Struktur dan ketebalan Lapisan dan Zat – Pencemar Pada Proses Perkaratan

Oleh :

Manu Gupta, Deepti Shikha dan P.K. Kamani

Translate by :

TOMI SUTRISNO

0617011066

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS LAMPUNG

2009

Pengaruh Struktur dan ketebalan Lapisan dan Zat – Pencemar Pada Proses Perkaratan

Manu Gupta, Deepti Shikha dan P.K. Kamani

ABSTRAK

Kehadiran garam larut ( chloride, sulphate,and nitrat ) dan pengaruh mereka pada lapisan permukaan logam dipelajari dalam ilmu kimia lapisan, permebilas air dan oksigen, ketebalan lapisan dan persiapan permukaan logam. Kerusakan makroskopik, disebabkan karena perancangan improrer, penanganan, dan lain - lain dapat juga tidak terlihat seperti (di) atas. Larutan mempunyai peran tersendiri dalam merusak lapisan permukaan. Meskipun demikian, masih ada beberapa sistem lapisan yang dapat mengurangi atau menunda mekanisme korosi. Lima sistem lapisan terkenal yang berbeda ( yaitu phenolic, poliuretan, cardanol, vinil dan alkyd ) ditunjukkan ke kelembaban dalam waktu yang berbeda, 100 dan 400 jam, dan ditentukan di bawah lapisin tipis korosi. Penelitian mengungkapkan bahwa merancang sistem lapisan substrat secara hati-hati dengan beberapa pengetahuan pokok dapat memperbaiki kinerja dari lapisan dan perlindungan logam.

kata kunci :garam larut, ilmu kimia antar muka, korosi, perlindungan logam, cacat film

Pengenalan

Korosi adalah suatu pembusukan yang berangsur – angsur pada suatu material yang disebabkan oleh bahan kimia atau reaksi elektrokimia. Sejak logam dibandingkan dengan yang bukan logam, seperti keramik, plastik, karet, beton, dan lain - lain yang mempunyai hantaran elektrik yang tinggi, korosi biasanya disebabkan oleh sifat elektrokimia. Pada kasus non logam yang tidak mempunyai konduktifitas elektris, korosinya disebabkan oleh bahan – bahan kimia. Sesungguhnya, korosi dapat disebut sebagai "vulture dari metalurgi: karena berangsur-angsur akan habis logamnya".

Suatu permukaan logam yang macroscopic dan homogen dengan skala yang atomis mempunyai suatu struktur mosaik atau garis keturunan, sedangkan bangunan bawah kristal terdiri dari blok-blok yang sedikit menyimpang, hal ini disebabkan oleh pertumbuhan yang berbeda dari bagian-bagian kristal. Kerusakan yang sering dihubungkan dengan langkah-langkah permukaan dan pertumbuhan bertingkat yang panjang ( lama spirals–grain batasan dan sub batasan-batasan memperkenalkan suatu sumber kerusakan dari kisi-kisi logam, sebagai tambahan, ada beberapa kerusakan makroskopik yang disebabkan karena desain yang lemah, pengolahan yang lemah, pengelasan yang lemah, penanganan atau operasi yang teledor dan lain - lain. Permukaan bahan menjadi tegang sebagai akibat dari meluncur, menggulung, menggosok dan aktivitas mekanis lain. Suatu pengausan permukaan menjadi electrokimia yang berbeda dengan lingkungan menyebabkan berbagai jenis korosi. Kehadiran tekanan adalah dasar dari kerusakan makroskopik yang paling penting. Kecacatan pada permukaan juga banyak dipengaruhi karakteristik dari bahan, seperti kekuatan mekanis, kekayaan dan reaksi kimia elektrik. Korosi adalah suatu peristiwa permukaan, korosi adalah hasil dari pembentukan beberapa bentuk dari film di permukaan logam.

Bahan aktif permukaan, menyajikan sifat logam dan non logam yang dapat digunakan untuk mengubah aktivitas permukaan dan sifat mekanisnya juga. Tiga sifat seperti adhesi, friksi, kelainan bentuk memakai dan lain - lain dari permukaan logam yang extreme tergantung pada permukaan ion atau molekul - molekul aktif yang diserap.

Fungsi lapisan organik adalah melindungi lapisan dasar dari serangan secara kimia dan fisik. Dalam beberapa caser, bagaimanapun, serangan ini dapat dihalangi dengan adanya lapisan, sebagai contoh ketika substrat itu dicemari. Pada lapisan permukaan logam, kehadiran ion asing yang dapat larut, seperti ion klorida atau ion sulfat atau sejumlah larutan yang mikroskopis dari air dan oksigen, dua gejala utama yang dapat berlangsung, melepuh ( sel-sel osmotic local ) dari lapisan dan di bawah korosi film. Ada mekanisme lain yang bertanggung jawab atas formasi dan pertumbuhan dari blister, seperti permukaan yang melepuh ( swelling ), pemisahan tahap selama formasi film, perputaran temperature atau hilangnya adhesi dan lain - lain.

Zat – Zat Pencemar

Kehadiran zat – zat pencemar seperti oksida, garam, senyawa organic, air dan lain - lain pada permukaan baja sebelum bahan diaplikasikan mempunyai suatu pengaruh yang akan mengganggu kinerja lapisan. Kelengkapan unsur pokok merupakan hal yang mustahil. Ion sulfat dan klorida merupakan zat – pencemar yang paling umum di dalam industri dan atmosfer - atmosfer. Zat pencemar ini disebabkan karena pembakaran batubara dan bahan bakar lain dan percikan air laut, yang di bawah kondisi angin tertentu yang dapat menembus daerah pedalaman kilometer. De-icing menggarami di jalan-jalan lalu lintas juga merupakan sumber pencemaran klorida. Klorida, sulfat, nitrat dan karbonat adalah anion-anion dan sodium, zat kapur dan ammonium adalah kation - kation yang ditemukan, seperti kation larut di luar pigmen-pigmen. Di daerah industri terdapat dalam konsentrasi yang tinggi dan udaranya telah dikotori oleh dioksida belerang.

Adhesi dan Blistering

Dari berbagai mekanisme, osmosis dianggap sebagai faktor yang dapat menyebabkan bentuk blister ( lepuhan ) di dalam lapisan organik di permukaan logam, terutama sekali di baja. Tekanan osmotis di sini bisa antara 2500 - 3500 kPa selama hambatan mekanis dari lapisan deformational yang dapat menurunkan, 6 sampai 40 kPa. Pengembangan dari blistering disebabkan karena hilangnya adhesi (di) atas daerah masing-masing dan di dalam daerah istirahat. Hal ini memperlemah lapisan / logam yang menghubungkan anoda dan katoda.

Pada korosi electrokimia, oksigen depolarizes bidang katodik dengan produksi hydroxyl anions. Di dalam presence garam - garam NaCl, sebagai elektrolit, kation-kation boleh berpindah tempat ke daerah katodik dan NaOH, yang bertanggung jawab atas reaksi alkali yang kuat dari larutan mengandung air di blister ini. Perpindahan kation ke daerah katodik boleh berlangsung melalui lapisan atau sepanjang lapisan permukaan logam. Perjalanan difusi dari kation NaCl sangat lambat 10-9 sampai 10-13 cm2/sec2 sama dengan penyerapam relative film. Konsentrasi awal dari osmotically aktif dalam permukaan substrate film secara umum lebih rendah dari eksternal larutan NaCl yang digunakan di dalam percikan -garam atau uji rendam. Perbedaan ini meningkatkan difusi kation melalui lapisan ke daerah katodik dari permukaan logam. Selanjutnya migrasi ion sodium menyebabkan lapisan cat formasi blister pada daerah katodik.

Lapisan Pelindung

Cat pelindung korosi dapat dibuat dengan kualitas yang sangat baik. Dengan persiapan permukaan dan ketebalan film yang cukup, masa hidup 15 – 20 tahun dapat diharapkan untuk pelapis organic. Korosi di suatu waktu yang lebih pendek secara umum dibatasi pada pori-pori, kerusakan mekanik, dan bidang-bidang di mana ketebalan film rendah, misal pada tepi – tepi. ( gambar 1 ).

Cacat-cacat seperti itu biasanya tidak dapat dihindari secara total. Oleh karena itu, penting sekali bahwa cat mempunyai kemampuan untuk melindungi permukaan dari karat. Profil substrat logam juga faktor yang sangat penting menyangkut pelapisan. Suatu profil dari dibengkokkan -(di) atas puncak-puncak, permukaan yang dipecah, dan lain - lain tidak akan membiarkan keluar dengan cepat melalui lapisan yang sangat merekat. Setiap rongga membiarkan penyebaran lapisan logam melalui air, reaksi kimia penting untuk membentuk blister. Kami juga sadar pelapisan itu tidak sepenuhnya tepat, teliti benar inci, mereka gagal satu molecul pada waktu yang sama. Pengaruh dari pembersihan juga diamati. Bentuk fisik permukaan logam, disiapkan dengan aluminium oksida atau mengalir keluar dengan sempurna dari suatu lapisan pelindung. Profil yang seperti ledakan pada baja disediakan untuk karakteristik mengalir keluar secara sempurna selagi baja menyediakan permukaan yang terburuk untuk mengalir keluar.

Bayliss dan Bray sudah mengamati bahwa di dalam test polyurethane, rongga atau gelembung - gelembung yang sangat kecil dapat ditemukan didalam film, dan mereka melaporkan bahwa lapisan pelindung yang diterapkan dengan metoda percikan yang tidak ada udara masuk cenderung memiliki lebih banyak rongga atau gelembung-gelembung menjerat di dalam film dibanding yang diterapkan dengan sprayor konvensional applicator. Ini berarti bahwa lamanya pelapisan juga tergantung pada gaya aplikasi. Sistem pelapisan plasma baru dengan mantap memperbaiki korosi dari baja yang permobilannya sudah dilaporkan.

Kebanyakan dari pekerjaan yang telah dilaksanakan di beberapa zat pencemar yang dapat larut dalam air tertentu, seperti sodium klorida dan besi sulfat. jurnal ini berhubungan dengan zat-pencemar lain yang dapat larut dalam air, seperti sulfat, klorida, dan kation garam nitrat (Na+), pada lapisan permukaan logam, berbagai jenis dari binder-binder organik yang diambil sebagai lapisan logam untuk dipelajari.

Percobaan

Variasi itu disiapkan dengan penghancuran resin yang dipilih ( table 1 )di dalam bahan pelarut yang pantas dari konsistensi untuk aplikasi dan diberi nama yang sama sebagai resin, seperti ditunjukkan dalam table.

Baja lunak dan papan gelas telah disiapkan untuk uji yang berbeda. kekentalan solusi binder yang dikupas kembali diukur dengan gelas piala no.4. Film - film itu diuji terhadap ketahanan asam, ketahanan alkali, uji gores karatan, adhesi dan kekerasan per metoda test yang standar. Untuk uji gores karatan, air laut tiruan ( suatu contoh yang mewakili ) disiapkan dengan mengikuti jumlah bahan kimia dalam liter air.

Uji Gores Korosi

5 cm x 10 cm x 1mm ketebalan baja lunak memberi papan degreased, sanded dan dilapisi. Panel-panel yang dilapisi ditinggalkan selama 7 hari didalam laboratorium dengan suhu ruang. Mereka dibingkai dengan lilin dan satu muka dari tiap panel digaruk kepada substrat dengan suatu mata pisau yang tajam/jelas. Panel-panel itu dimasukkan ke tiruan air laut selama 500 jam, lalu dicuci dengan air suling dan dikeringkan, panel-panel diamati yang berkarat. Spesimen - spesi adhesi beserta alur ditentukan secara konvensional.

Test Kelembaban

Baja lunak yang digulung dingin akan menghasilkan papan tanpa karat yang digunakan. Satu sisi dari spesimen itu dicemari 200 dan 700 mg/m2 dari ion klorida, sulfat dan nitrat. Papan baja yang tidak terjangkit digunakan sebagai kendali. Disiapkan sodium klorida, sodium sulfat, dan sodium nitrat dengan menggunakan bahan reaksi dan air suling. Spesimen -spesimen yang telah bersih dilapisi selama satu minggu di dalam laboratorium pada suhu-kamar. Setelah itu, bagian sisi dari specimen yang tidak terkorosi dilindungi dengan lapisan strippable. Bagian sisinya dilapisi dengan lilin. Lapisan itu diterapkan dalam dua ketebalan 20 dan 60 mikcro m. Lamanya pelapisan adalah 100 dan 400 jam. Proses perkaratan dan pelepuhan dari spesimen itu diamati secara hati-hati dan berturut – turut dengan spesifikasi ASTM D610 dan D714. Lapisan specimen yang mengalami korosi ditentukan secara gravimetri dengan menimbang spesimen aplikasi zat - pencemar setelah test dan kepindahan

Hasil

Tes laboratorium ( hambatan asam, hambatan alkali, korosi, adesi dan kekerasan ) dari semua variasi perlakuan. Hasil yang diperoleh diringkas dalam table 2.

Karat hanya terjadi didalam dan tidak ada yang di bawah lapisan dan adhesi baik sepanjang sisi - sisi alur dan tidak ada yang disebelah lapisan.

Sedikit bintik karat di bawah lapisan sebagai tambahan karat dan tanpa kehilangan adhesi.

Tabel 3 menjelaskan hasil kelembaban setelah 100 dan 400 jam. Waktu nilai karat dilaksanakan secara visual dan dibandingkan dengan spesifikasi ASTM D-610 dan juga dengan hasilnya.

Tabel 4 menunjukkan tampilan blister dalam 100 dan 400 jam. Busa dinilai dengan pengujian visual dan dibandingkan dengan spesifikasi ASTM D714. Tingkat lapisan bawah korosi ditentukan dengan metode gravimetric setelah 100 dan 400 jam dan ditunjukkan pada table 5.

Pembahasan

Hasil dari semua tes laboratorium ditunjukkan pada table 2. Perlindungan karat terhadap uji gores baik, kecuali satu yang didasarkan pada alkyd yang menguasai sedikit bintik karat dibawah lapisan.

Kebanyakan dari aktivitas karatan sedang memainkan peran mereka pada permukaan lapisan - substrat. Ketersediaan oksigen di permukaan bergantung pada permeabilitas lapisan. Ketebalan lapisan dan struktur kimia adalah faktor penentu yang umum dari permeabilitas. Suatu binder yang sangat kutub mempunyai kekayaan penghalang gas sempurna, penyebaran / perembesan air, sedangkan untuk non polar lapisannya benar. Permeabilitas oksigen dari lapisan organic mungkin tinggi, tapi tidak cukup karena karatan itu berlangsung di permukaan tetapi sebaliknya permeabilitas air secara umum lebih tinggi dibandingkan yang diperlukan untuk proses korosi.

Air dan oksigen keduanya sangat penting untuk reaksi katodik dari proses korosi pada substrat logam dan dampak proses korosi akan didiskusikan disini. Tabel 3 menunjukkan papan yang dilapisi alkyd secara umum lebih tahan terhadap karat dibandingkan yang dilapisi dengan cardanol, vinil poliuretan dan phenolic. Tabel 4 menunjukkan bahwa polyuretan dan phenolic memiliki perembesan air yang lebih tinggi dibandingkan pelarut yang lain, diantaranya resin dan vinil. Tabel 6 menunjukkan alkyd dan vynil mempunyai permeabilitas yang lebih tinggi. Banyak peneliti berpendapat bahwa daya serap air atau gas oksigen adalah faktor pengendalian, menentukan proses karatan secara khusus di dalam ketebalan lapisan yang rendah.

Tabel 4 menunjukkan bahwa air di permukaan lapisan – logam adalah dasar dalam kegagalan adhesi sesuai dengan literature.

Lapisan membrane semi permabel dan zat-pencemar membentuk blister ketika air menyebar keseluruh bagian melalui film dan menurunkan koncentrasi zat - pencemar. Kegagalan lapisan disebabkan karena blister ( table 6 ).

Sifat polar dari resins menunjukkan lebih blister dalam polyurethane dan phenolic non polar lebih kuat berkarat dalam alkyd dan vinil ( table 4 dan 5 ). Karenanya, control difusi air mengendalikan hilangnya lapisan adhesi. Dengan melihat tabel 3, 4, 5 dan morcillo. Dapat dikatakan bahwa 100 jam cukup bagi air untuk menyebar keseluruh bagian melalui lapisan dan memecahkan zat pencemar di permukaan lapisan logam, tetapi tidak cukup untuk melubangi hasil lapisan sebagai konsekuensi dari akumulasi air atau pertumbuhan karat. Konsentrasi zat pencemar di permukaan cenderung ke bawah lapisan karat dan tidak bergantung pada jenis zat pencemar. Korosi di lapisan bawah yang lebih di dalam lapisan ketebalan film yang rendah dan sebagai penurunan ketebalan lapisan korosi ( diatas 35 – 40 micro m ke 60 dan 80 micro m ) tidak banyak berpengaruh, tapi korosi dibawah 20 micro m sangat tergantung pada ketebalan film.Ketika ketebalan film menurun, permeabilitas oksigen mulai menurun dan setelah ketebalan film tertentu yang menjadi hampir konstan.

Sulfur dioksida tidak hanya berbahaya dari segi pandangan biologi tetapi juga mempunyai sifat penghancuran yang kuat ( table 7 ). Sulfur dioksida diserap mendekati 100 % di suatu lapisan karat yang lembab dan siap dioksidasi manjadi sulfat yang merupakan komponen berbahaya dalam proses korosi.

Berat Pengotor

Ketika besi sulfat dioksidasi menjadi besi oksida ( Fe2O3 ) dengan melepas ion sulfat. Tabel 2 menunjukkan hubungan integral antara korosi dan laju endapan sulfur dioksida.

Sodium klorida kebanyakan ditemukan di lingkungan di kawasan pantai dan jalan raya. Laju endapannya ditunjukkan pada table 8. Rangsangan kerja sodium klorida pada korosi menunjukkan fakta bahwa besi klorida dapat larut dan higroskopic, penurunan konduktivitas permukaan dan keaktifan klorida menghambat passivation. Hubungan antara integral korosi dan laju endapan sodium klorida di polusi udara ( gambar 3 ).

Kesimpulan

Dapat disimpulkan bahwa mekanisme universal dapat di terapkan di disbondment yang katodik, bagaimanapun, semakin tahan lama lapisan ( lebih tahan terhadap hidrolisis alkali) semakin banyak pemisahan di permukaan dibandingkan kegagalan sebagai hasil penurunan lapisan. Dalam beberapa hal (di mana oksida itu tebal ) mungkin saja precursor disbondment sebagai ion hidroksil lebih tersedia pada permukaan oksida – logam dari pada polimer oksida.

Proses korosi dapat diperkecil dengan penangkapan penyebaran oksigen. Dapat juga dilihat bahwa pencemaran -pencemaran klorid lebih bersifat menghancurkan dari pada pencemaran nitrat dan sodium sulfat tidak menunjukkan perkaratan yang luar biasa dengan ketebalan film yang rendah. Korosi dapat menjadi lebih besar karena

1. Mengontrol tekanan osmotis yang juga tergantung pada jenis dari zat - pencemar di lapisan permukaan logam.
2. Konduktivitas larutan yang bersifat garam di permukaan juga satu faktor yang penting dalam meningkatkan tingkat karatan dengan peningkatan di dalam daya konduksi
3. Daya larut zat pencemar di permukaan ( table 9 ) bahwa sulfat mempunyai kelarutan yang rendah dan nitrat mempunyai tekanan osmotic tinggi dan daya larut tinggi dan pelemahan yang rendah, yang menyebabkan tingkat korosi rendah
4. Ketebalan dan struktur pelarut juga parameter penting dalam korosi. Seperti ketebalan meningkat, pengurangan karatan pertama dan setelah ketebalan karatan yang tertentu menjadi hampir konstan. Ketebalan lapisan yang tunggal tidak sebaik di dalam pengendalian korosi sebagai lapisan ganda yang menyediakan ketebalan film yang parallel.
5. Kehadiran oksigen merangsang karatan dan konsentrasi stimulans karatan meggambarkan proses karatan film
6. Kinetik dari karatan baja diatur oleh tekanan osmotis, konduktivitas ionic dan kelarutan oksigen yang mengandung air, dan kelarutan air dari hasil korosi
7. Bahkan lapisan pelindung terbaik bisa gagal jika permukaan logam tidak dilapisi dengan baik.

ss