Mengenali Pengertian Korosi dan Memilih Material yang Tahan Lama untuk Pemanas Air Matahari

Pengertian Korosi

Korosi adalah peristiwa perusakan logam oleh karena terjadinya reaksi kimia antara logam dengan zat-zat di lingkungannya membentuk senyawa yang tak dikehendaki.

Contoh peristiwa korosi antara lain karat pada besi, pudarnya warna mengkilap pada perak, dan munculnya warna kehijauan pada tembaga. Reaksi kimia yang terjadi termasuk proses elektrokimia di mana terjadi reaksi oksidasi logam membentuk senyawa-senyawa oksida logam ataupun sulfida logam.

Korosi pada Besi (Perkaratan)

Proses korosi pada besi dapat dibagi menjadi dua reaksi redoks terpisah, antara lain:

Proses hilangnya besi

Bagian besi yang hilang umumnya adalah bagian besi yang mengalami kontak dengan air. Bagian ini disebut daerah anode, sebagaimana reaksi oksidasi besi terjadi:

.

Ketika atom-atom Fe kehilangan elektron, terbentuklah cekungan di bagian hilangnya besi tersebut. Selanjutnya, elektron-elektron yang terlepas tersebut akan mengalir ke bagian dengan konsentrasi oksigen tinggi yang umumnya terletak di tepi tetesan air tempat terbentuknya cekungan. Bagian ini disebut daerah katode, di mana elektron yang terlepas dari atom besi mereduksi O2:

.

atau

.

Pada umumnya, reaksi reduksi yang terjadi adalah reaksi reduksi oksigen dengan H+, sebagaimana medium terjadinya korosi cenderung bersifat asam dan reaksi reduksi dalam suasana asam cenderung lebih spontan, sebagaimana potensial reduksinya lebih besar (+1,23 V). Ion H+ berasal dari asam H2CO3 yang terbentuk dari reaksi pelarutan karbon dioksida dalam uap air di udara.

Jadi, keseluruhan reaksi hilangnya besi, tanpa reaksi pembentukan karat, yaitu:

.

Proses pembentukan karat

Karat besi, Fe2O3∙nH2O yang merupakan senyawa padatan yang berwarna coklat kemerahan, terbentuk pada reaksi redoks yang berbeda dengan reaksi sebelumnya. Ion-ion Fe2+ yang terbentuk pada daerah anode terdispersi dalam air dan bereaksi dengan O2 membentuk Fe3+ dalam karat. Keseluruhan reaksi pada proses ini adalah:

Secara keseluruhan, jika persamaan reaksi hilangnya besi dengan reaksi pembentukan karat dijumlahkan maka diperoleh:

Faktor Penyebab Korosi Pada Besi (Faktor-faktor yang Mempengaruhi)

1. Konsentrasi H2O dan O2

Dalam kondisi kelembaban yang lebih tinggi, besi akan lebih cepat berkarat. Selain itu, dalam air yang kadar oksigen terlarutnya lebih tinggi, perkaratan juga akan lebih cepat. Hal ini sebagaimana air dan oksigen masing-masing berperan sebagai medium terjadinya korosi dan agen pengoksidasi besi.

2. pH

Pada suasana yang lebih asam, pH < 7, reaksi korosi besi akan lebih cepat, sebagaimana reaksi reduksi oksigen dalam suasana asam lebih spontan yang ditandai dengan potensial reduksinya lebih besar dibanding dalam suasana netral ataupun basa.

3. Keberadaan elektrolit

Keberadaan elektrolit seperti garam NaCl pada medium korosi akan mempercepat terjadinya korosi, sebagaimana ion-ion elektrolit membantu menghantarkan elektron-elektron bebas yang terlepas dari reaksi oksidasi di daerah anode kepada reaksi reduksi pada daerah katode.

4. Suhu

Semakin tinggi suhu, semakin cepat korosi terjadi. Hal ini sebagaimana laju reaksi kimia meningkat seiring bertambahnya suhu.

5. Galvanic coupling

Bila besi terhubung atau menempel pada logam lain yang kurang reaktif (tidak mudah teroksidasi, potensial reduksi lebih positif), maka akan timbul beda potensial yang menyebabkan terjadinya aliran elektron dari besi (anode) ke logam kurang reaktif (katode). Hal ini menyebabkan besi akan lebih cepat mengalami korosi dibandingkan tanpa keberadaan logam kurang reaktif. Efek ini disebut juga dengan efek galvanic coupling.

Cara Mencegah Korosi pada Besi

1. Menggunakan lapisan pelindung untuk mencegah kontak langsung dengan H2O dan O2

Contoh lapisan pelindung yang dapat digunakan, antara lain lapisan cat, lapisan oli dan gemuk, lapisan plastik, dan pelapisan logam lain, seperti Sn, Zn, dan Cr. Pada pelapisan cat dan pelapisan plastik, bila cat tergores/terkelupas atau plastik terkelupas, korosi akan mulai terjadi bagian yang terpapar dengan udara tersebut. Pada pelapisan dengan oli dan gemuk, perlu dilakukan pengolesan secara berkala.

Pada pelapisan timah (tin plating), timah lebih tahan korosi (kurang reaktif) dibanding besi, di mana potensial reduksi besi lebih negatif (E° Fe = −0,44 V; E° Sn = −0,14 V). Namun, sebagaimana efek galvanic coupling, apabila lapisan timah tergores, maka timah justru akan mempercepat korosi pada besi. Pelapisan timah umumnya dilakukan pada kaleng-kaleng kemasan. Pelapisan timah umumnya digunakan pada kaleng-kaleng kemasan dengan tujuan agar kaleng-kaleng bekas cepat rusak dan hancur.

Pada pelapisan zink (galvanisasi), zink lebih reaktif dibanding besi (E° Fe = −0,44 V; E° Sn = −0,76 V). Berbeda dengan timah, bila lapisannnya tidak utuh, zink masih dapat melindungi besi dari korosi. Hal ini terjadi sebagaimana terbentuknya sel elektrokimia dengan zink sebagai anode yang teroksidasi dan besi sebagai katode. Mekanisme perlindungan ini disebut perlindungan katode. Pelapisan zink umumnya digunakan pada besi penopang konstruksi dan pipa besi.

Pada pelapisan kromium (chrome plating), kromium lebih reaktif dibanding besi (E° Fe = −0,44 V; E° Cr = −0,74 V). Sama seperti zink, mekanisme perlindungan katode juga terjadi pada pelapisan kromium meskipun ada lapisan kromium yang rusak. Pelapisan kromium umumnya digunakan pada ketel, setang, dan bemper mobil.

2. Menggunakan perlindungan katode

a. Menggunakan logam lain yang lebih reaktif sebagai anode korban

Logam lain yang lebih reaktif dari besi, seperti Zn, Cr, Al, dan Mg, akan berfungsi sebagai anode korban yang menyuplai elektron yang digunakan untuk mereduksi oksigen pada katode besi. Metode perlindungan katode ini dapat dilakukan dengan pelapisan seperti pada galvanisasi dan chrome plating ataupun dengan hanya menghubungkan logam anode korban dengan besi. Sebagai contoh, pipa besi yang ditanam di bawah tanah dan badan kapal laut umumnya dihubungkan dengan batang magnesium. Magnesium akan berfungsi sebagai anode korban dan besi menjadi katode yang terlindungi dari korosi (E° Fe = −0,44 V; E° Cr = −2,37 V). Batang magnesium tersebut harus diganti secara berkala.

b. Menyuplai listrik dari luar

Untuk melindungi tangki besi bawah tanah juga dapat digunakan anode inert seperti grafit yang dihubungkan dengan sumber listrik. Elektron dari sumber listrik akan mengalir ke anode, lalu oksidasi yang terjadi di anode akan melepas elektron yang akan mengalir menuju katode tangki besi melalui elektrolit tanah.

Lalu Apakah Material yang Bagus dan Tahan Lama supaya tidak terjadi korosi (perkaratan) ???

Jawabannya adalah Stainless Steel !!

Mengapa demikian ???

Baja nirkarat atau baja tahan karat atau lebih dikenal dengan stainless steel adalah material yang mengandung senyawa besi dan setidaknya 10,5% Kromium untuk mencegah proses korosi (pengaratan logam). Kemampuan tahan karat diperoleh dari terbentuknya lapisan film oksida Kromium yang menghalangi proses oksidasi besi (Ferum).

Klasifikasi

1. 12-14% kromium(Cr), di mana sifat mekanik bajanya sangat tergantung dari kandungan unsur karbon (C).
2. Baja dengan pengerasan lanjut, 10-12% Kromium(Cr), 0.12% Karbon (C) dengan sedikit tambahan unsur-unsur Mo, V, Nb, Ni dengan kekuatan tekanan mencapai 927 Mpa dipergunakan untuk bilah turbin gas.
3. Baja kromium tinggi, 17%Cr, 2,5% Ni. Memiliki ketahanan korosi yang sangat tinggi. Dipergunakan untuk poros pompa, katup dan fitting yang bekerja pada tekanan dan temperatur tinggi tetapi tidak cocok untuk kondisi asam.
4. Magnet tidak dapat menempel pada bahan stainless steel.

Mengapa sebut stainless steel atau baja tahan karat, dan mengapa stainless steel tidak berkarat ? Disebut sebagai baja tahan karat (stainless steel) karena jenis baja ini tahan terhadap pengaruh oksigen dan memiliki lapisan oksida yang yang stabil pada permukaan baja. Artikel ini membahas pengertian stainless steel, jenis dan macam stainless steel serta karakteristik stainless steel.

Stainless steel bisa bertahan dari pengaruh oksidasi karena mengandung unsur chromium lebih dari 10,5%, unsur chromium ini yang merupakan pelindung utama baja dalam stainless steelterhadap gejala yang di sebabkan kondisi lingkungan.

Stainless steel di bagi dalam beberapa kelompok utama sesuai jenis dan porsentase material sebagai bahan pembuatan-nya. Kelompok / klasifikasi stainless steel antara lain adalah sebagai berikut:

1. KELOMPOK STAINLESS STEEL MARTENSITIC

Martensitic memiliki kandungan chrome sebesar 12% sampai maksimal 14% dan carbon pada kisaran 0,08 – 2,0%. Kandungan karbon yang tinggi merupakan hal yang baik dalam me-responpanas untuk memberikan berbagai kekuatan mekanis, misalnya kekerasan baja.

Baja tahan karat kelas martensitic menunjukkan kombinasi baik terhadap ketahanan korosi dan sifat mekanis mendapat perlakuan panas pada permukaannya sehingga bagus untuk berbagai aplikasi. Baja tahan karat kelompok ini bersifat magnetis.

Pada kelompok atau klasifikasi martensic di bagi dalam beberapa tipe yang antara lain adalah:

A. TYPE 410

Memiliki kandungan chrome sebanyak 13% dan 0,15% carbon, jenis yang paling baik di gunakan pada pengerjaan dingin.

B. TYPE 416

Memiliki kandungan yang sama dengan type 410, namun ada penambahan unsur shulpur.

C. TYPE 431

Mengandung 175 chrome, 2,5% nikel dan 0,15% maksimum carbon.

2. KELOMPOK STAINLESS STEEL FERRITIC

Ferritic memiliki kandungan chrome sebanyak 17% dan carbon antara 0,08 – 0,2%. Memiliki sifat ketahanan korosi yang meningkat pada suhu tinggi. Namun sulit di lakukan perlakuan panas kepada kelompok stainless steel ini sehingga penggunaan menjadi terbatas, Baja tahan karat kelompok ini bersifat magnetis.

Pada kelompok atau klasifikasi ferritic di bagi dalam beberapa tipe yang antara lain adalah:

* TYPE 430

Memiliki kandungan chrome sebanyak 17%, dan kandungan baja yang rendah. Tahan sampaitemperature / suhu 800%, biasanya di buat dalam bentuk baja strip.

3. KELOMPOK STAINLESS STEEL AUSTENITIC

Austenitic memiliki kandungan chrome pada kisaran 17% – 25% dan Nikel pada kisaran 8 – 20%dan beberapa unsur / elemen tambahan dalam upaya mencapai sifat yang di inginkan. Baja tahan karat kelompok ini adalah non magnetic.

Pada kelompok atau klasifikasi austenitic di bagi dalam beberapa tipe yang antara lain adalah:

A. TYPE 304

Tipe ini dibuat dengan bahan dan pertimbangan ekonomis, sangat baik untuk lingkungan tercemar dan di air tawar namun tidak di anjurkan pemakaiannya yang berhubungan langsung dengan air laut.

B. TYPE 321

Merupakan variasi dari type 304 namun dengan penambahan titanium dan carbon secara proporsional. Lumayan baik untuk pengerjaan suhu tinggi.

C. TYPE 347

Mirip dengan type 321 tetapi dengan penambahan niobium (bukan titanium).

D. TYPE 316

Pada tipe ini ada penambahan unsur molibdenum 2% – 3% sehingga memberikan perlindungan terhadap korosi, baik di gunakan pada peralatan yang berhubungan dengan air laut. Penambahannikel sebesar 12% tetap mempertahankan struktur austenitic.

E. TYPE 317

Mirip dengan type 316, namun ada penambahan lebih pada unsur/elemen molybdenum sebesar3% – 4%, memberikan peningkatan ketika berhubungan langsung dengan air laut pada suhu /temperature dingin.

F. MOLY

Lebih dikenal dengan istilah UNS S31254, merupakan jenis yang memiliki ketahanan tinggi terhadap air laut karena tingginya kadar chromium dan molibdenum.

G. L GRADE

Memiliki kandungan carbon rendah (316L) dibatasi antara 0,03% – 0,035%, hal ini akan menyebabkan pengurangan kekuatan tarik.

4. KELOMPOK STAINLESS STEEL DUPLEX

Merupakan kelompok terbaru yang memiliki keseimbangan chromium, nikel, molibdenum dan Nitrogen pada campuran yang sama antara kelompok austenite dan kelompok ferit.

Hasilnya adalah sebuah kekuatan yang tinggi, sangat tahan terhadap korosi. Direkomendasikan pada suhu -50 sampai dengan +300 ° C. Biasanya di sebut uNS, sebagai merk dagang.

Beberapa type antara lain adalah:

A. UNS S31803

Ini merupakan kelas tipe duplex yang paling banyak di gunakan. Komposisi-nya adalah: 0,03%maksimum carbon, 22% chrome, 5,5% nikel dan 0,15 Nitrogen.

B. UNS S32750

Tipe duplex yang rendah menurut sifat mirip dengan type 316, tapi dua kali lipat kekuatan tarik-nya. Komposisi-nya adalah : 0,03% carbon, 23% chrome, 4% nikel dan 0,1% adalah nitrogen.

C. UNS S32750

Ini merupakan tipe super untuk kelompok duplex, ketahanan terhadap korosi yang meningkat. Komposisi dari type ini adalah: 0,03% maksimum carbon, 25% chrome, 7% nikel, 4% molibdenumdan 0,028 nitrogen.

Untuk itu Pemanas Air Tenaga Matahari "SOLAR SUNHOT" Menggunakan Material atau bahan baku dari Stainless Steel dengan Marine Grade 316 L. Yang mana Grade 316 L adalah yang terbaik di kelasnya. Atau Setara dengan Bahan Dasar Pembuatan Kapal (Plat Baja Kapal Laut).