Galvanic Corrosion (korosi galvanik)

KOROSI GALVANIK

Korosi adalah penurunan mutu logam akibat reaksi elektro kimia dengan lingkungannya. Korosi merupakan proses atau reaksi elektrokimia yang bersifat alamiah dan berlangsung dengan sendirinya, oleh karena itu korosi tidak dapat dicegah atau dihentikan sama sekali. Korosi hanya bisa dikendalikan atau diperlambat lajunya sehingga memperlambat proses perusakannya. Dilihat dari aspek elektrokimia, korosi merupakan proses terjadinya transfer elektron dari logam ke lingkungannya. Logam berlaku sebagai sel yang memberikan elektron (anoda) dan lingkungannya sebagai penerima elektron (katoda). Reaksi yang terjadi pada logam yang mengalami korosi adalah reaksi oksidasi, dimana atom-atom logam larut kelingkungannya menjadi ion-ion dengan melepaskan elektron pada logam tersebut. Sedangkan dari katoda terjadi reaksi, dimana ion-ion dari lingkungan mendekati logam dan menangkap elektronelektron yang tertinggal pada logam.

 Korosi atau pengkaratan merupakan fenomena kimia pada bahan – bahan logam yang pada dasarnya merupakan reaksi logam menjadi ion pada permukaan logam yang kontak langsung dengan lingkungan berair dan oksigen. Contoh yang paling umum, yaitu kerusakan logam besi dengan terbentuknya karat oksida. Dengan demikian, korosi menimbulkan banyak kerugian. Korosi logam melibatkan proses anodik, yaitu oksidasi logam menjadi ion dengan melepaskan elektron ke dalam (permukaan) logam dan proses katodik yang mengkonsumsi electron tersebut dengan laju yang sama : proses katodik biasanya merupakan reduksi ion hidrogen atau oksigen dari lingkungan sekitarnya.

 Untuk contoh korosi logam besi dalam udara lembab, misalnya proses reaksinya dapat dinyatakan sebagai berikut :

Anode {Fe(s)→ Fe2+(aq)+ 2 e} x 2

Katode O2(g)+ 4H+(aq)+ 4 e → 2 H2O(l) +

Redoks 2 Fe(s) + O2 (g)+ 4 H+(aq)→ 2 Fe2++ 2 H2O(l)

Jika proses korosi terjadi dalam lingkungan basa, maka reaksi katodik yang terjadi, yaitu :

O2 (g) + 2 H2O(l)+ 4e → 4 OH-(aq)

Oksidasi lanjut ion Fe2+ tidak berlangsung karena lambatnya gerak ion ini sehingga sulit berhubungan dengan oksigen udara luar, tambahan pula ion ini segera ditangkap oleh garam kompleks hexasianoferat (II) membentuk senyawa kompleks stabil biru. Lingkungan basa tersedia karena kompleks kalium heksasianoferat (III). Korosi besi realatif cepat terjadi dan berlangsung terus, sebab lapisan senyawa besi (III) oksida yang terjadi bersifat porous sehingga mudah ditembus oleh udara maupun air. Tetapi meskipun alumunium mempunyai potensial reduksi jauh lebih negatif ketimbang besi, namun proses korosi lanjut menjadi terhambatkarena hasil oksidasi Al2O3, yang melapisinya tidak bersifat porous sehingga melindungi logam yang dilapisi dari kontak dengan udara luar.

Faktor yang mempengaruhi korosi :

-           Jenis dan konsentrasi elektrolit

-          Adanya oksigen terlarut pada elektrolit

-          Temperatur tinggi

-          Kecepatan gerakan elektrolit

-          Jenis logam/paduan

-          Adanya galvanic cells

-          Adanya tegangan (tarik)

    

Korosi galvanik atau Galvanic Corrosion adalah jenis korosi yang terjadi ketika dua buah logam atau paduan yang berbeda, saling kontak atau bersentuhan dalam suatu larutan elektrolit. Elektrolit  dapat berupa larutan air garam, asam atau basa.

Proses  korosi ini melibatkan reaksi elektrokimia oksidasi-reduksi (redoks). Kedua logam yang berada dalam larutan elektrolit akan membentuk sebuah sel galvanik. Logam yang memiliki nilai potensial elektroda yang lebih rendah yaitu logam dengan posisi lebih tinggi dalam daftar seri Elektrokimia akan menghasilkan reaksi anodik atau oksidasi, sedangkan logam yang memiliki nilai potensial elektroda lebih tinggi atau lebih mulia  akan menghasilkan reaksi katodik atau reduksi pada permukaannya.Perbedaan potensial elektroda antara kedua logam yang membentuk sel gavanik merupakan penentu daya dorong untuk terjadinya korosi.

Skematika Mekanisme Korosi Galvanik.

Gambar di atas menunjukkan mekanisme reaksi yang terjadi pada korosi galvanik yang terbentuk oleh adanya hubungan antara dua logam yang memiliki potensial berbeda. Kedua logam membentuk sel galvanik, dan logam yang memiliki potensial lebih rendah akan menjadi anoda dan terkorosi, sedangkan logam yang memiliki potensial lebih tinggi akan berlaku sebagai katoda dan tidak terkorosi.

Korosi galvanik terjadi apabila dua logam yang tidak sama dihubungkan dan berada di lingkungan korosif saat terjadi kontak atau secara listrik kedua logam yang berbeda potensial tersebut akan menimbulkan aliran elektron/listrik diantar kedua logam. sehingga Salah satu dari logam tersebut akan mengalami korosi, sedangkan logam lainnya akan terlindungi dari serangan korosi. Korosi galvanik terjadi apabila berada dalam lingkungan lembab dan ada cairan elektrolit. Jika tembaga dan besi diletakkan pada daerah lembab dan ada elektrolit, maka akan terjadi aliran arus dari besi ke tembaga. Dalam hal ini korosi galvanik telah berlangsung, logam yang kurang mulia akan menjadi anoda karbon.

Korosi galvanik disebut juga sebagai korosi logam tak sejenis atau korosi dwilogam. Korosi ini terjadi jika 2 buah logam atau logam paduan yang berbeda dalam suatu lingkungan yang sama dan saling berhubungan. Hal ini terjadi karena dihasilkan suatu beda potensial diantara logam tesebut.  Prinsip korosi galvanik sama dengan prinsip elektrokimia yaitu terdapat elektroda (katoda dan anoda), elektrolit dan arus listrik. Logam yang berfungsi sebagai anoda adalah logam yang sebelum dihubungkan bersifat lebih aktif atau mempunyai potensial korosi lebih negatif. Pada anoda akan terjadi reaksi oksidasi atau reaksi pelarutan sedangkan pada katoda terjadi reaksi reduksi logam atau tidak terjadi reaksi apa-apa dengan cara proteksi katodik.

Proses tejadinya korosi galvanik

 Logam yang mengalami korosi adalah logam yang memiliki potensial lebih rendah dan logam yang tidak mengalami korosi adalah logam yang memiliki potensial yang lebih tinggi. Contoh korosi galvanik misalnya pada seng terjadi akibat perbedaan potensial lokal yang dimilikinya. Perbedaan potensial tersebut dapat berasal dari fasa – fasa, batas – batas butir, impurity dan bagian – bagian lain. Dengan demikian akan terbentuk suatu anoda dan katoda lokal pada permukaan logam tersebut. Selanjutnya terjadi aliran elektron dari anoda ke katoda yan dimiliki oleh oksidasi dari anoda lokal. Pada keadaan tertentu, misalnya seng tercelup dalam larutan asam klorida pekat, Zn akan terkorosi maka terus sampai habis. Korosi galvanic corrosion dipengaruhi oleh, lingkungan, jarak, area/luas

Masalah korosi galvanik di mulai pada saat perencanaan. Kadang-kadang penggabungan dua logam yang berbeda terpaksa tidak dapat di hindari. Untuk mendapatkan gambaran logam-logam atau paduan-paduan yang dapat di gabungkan untuk meminimumkan terjadinya serangan korosi galvanik, sebagai langkah awal biasanya di perhatikan deret galvanik.

Deret galvanik adalah daftar potensial korosi dari berbagai logam dan paduan yang terekspose ke dalam lingkungan yang spesifik. Potensial korosi dapat di ukur ddengan bantuan elektroda standar (acuan). tabel I menunjukkan deret galvanik dari logam dan paduan di dalam air laut. Logam  dengan potensial yang lebih positif biasanya di sebut lebih nobel dan akan bersifat lebih katodik bila di hubungkan dengan logam yang potensial korosinya lebih negatif yang di sebut lebih aktif. Logam atau paduan yang paling aktif selalu akan bersifat anodik bila kontak listrik dengan logam atau paduan lainnya. Pemilihan paduan dengan perbedaan potensial korosi yang minimum akan meminimumkan korosi galvanik. Sebagai contoh korosi galvanik akan nyata (significant) bila beda potensial korosi antara dua logam yang di hubungkan adalah sebesar 250 mV atau lebih. Deret galvanik hanya memberikan informasi kecenderungan korosi galvanik dan tidak memberikan informasi tenyang laju serangannya. Hal yang menarik dari deret galvanik adalah tanda kurung (bracket) yang mengelompokkan logam atau paduan. Material dalam kelompok ini mempunyai ketahanan yang hampir sama khususnya karena kompossi dasar materialnya sama, misalnya tembaga dan paduan tembaga. Pengelompokkan tersebut menunjukkan pada penerapan praktisnya, bahaya korosi galvanik kecil bila logam atau paduan dalam satu kelompok di hubungkan satu dengan lainnya.

Pada kenyataannya, tergantung dari geometri benda kerja, ketahanan lingkungan, sifat pasivasi dari kedua material yang di hubungkan serta nisbah antar luas permukaan material –material yang di hubungkan secara galvanik, distribusi potensial korosi setempat pada permukaan logam akan bervariasi dari ujung logam yang satu ke ujung logm yang lain. Distribusi tersebut mengakibatkan distribusi laju korosi setempat yang tidak merata.

Sifat korosi galvanik telah di lakukan secara luas untuk melindungi struktur logam. Sebagai contoh struktur baja di hubungkan dengan logam seng yang berfungsi sebagai anoda yang di korbankan (anoda tumbal). Laju korosi baja sangat menurun karena potensial antar muka baja terpolarisasi katodik sehingga mendekati daerah immunnya.. sebagaimana halnya korosi galvanik, potensial antar muka setempat pada permukaan struktur yang di lindungi oleh terdistribusi secara tidak merata. Semakin jauh jarak lokasi pada permukaan struktur yang di lindungi dari anoda tumbal, semakin rendah erus proteksi yang dapat menjangkau lokasi tersebut. Oleh karena itu sebaran potensial antar muka akan menentukan letak anoda-anoda korban yang harus di pasang.

Tabel I. Deret galvanik untuk beberapa logam dah paduan

Platinum Gold Graphite Noble or cathodic                     Titanium Silver     Chlorimet 3 (62 Ni, 18 Cr, 18 Mo)     Hastelloy C (62 Ni, 17 Cr, 15 Mo)     18.8 Mo stainless steel (passive)     18.8 Stainless steel (passive)     Chromium stainless steel 11.30 % Cr (passive)     Inconel (passive) (80 Ni,13 Cr, 7 Fe)     Nickel (passive) Silver solder     Monel (70 Ni, 30Cu)     Cupronickels 60-90 Cu, 40-10 Ni)     Bronzes (Cu, Sn)     Copper     Brasses (Cu, Zn)     Chlorimer 2 (66 Ni, 32 Mo, 1 Fe)     Hastelloy B (60 Ni, 30 Mo, 6 Fe, 1 Mn)     Inconel (active)     Nickel (active0 Tio Lead Lead-tin solders     18.8 Mo stainless steel (active)     18.8 stainless steel (active) Ni resist (high Ni cast iron) Chromium stainless steel, 13% Cr (active)     Cast iron     Steel or iron 2024 aluminum (4.5 Cu, 1.5 Mg, 0.6 Mn) Active or anodic                       Cadmium Commercially pure aluminum (1100) Zinc Magnesium and magnesium alloys

Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi korosi galvanik yaitu diantaranya:

1.      Lingkungan

 tingkatan korosi galvanik tergantung pada keagresifan dari lingkungannya. Pada umumnya logam dengan ketahanan korosi yang lebih rendah dalam suatu lingkungan berfungsi sebagai anoda. Biasanya baja dan seng keduanya akan terkorosi akan tetapi jika keduanya dihubungkan maka Zn akan terkorosi sedangkan baja akan terlindungi.
Pada kondisi khusus, sebagai contoh dalam lingkungan air dengan temperature 180 oF, terjadi hal sebaliknya yaitu baja mengalami korosi sedangkan Zn terlindungi. Rupanya dalam kasus ini produk korosi pada Zn bertindak sebagai permukaan yang lebih mulia terhadap baja. Menurut Haney, Zn menjadi kurang aktif dan potensialnya menjadi kebalikannya jika ada ion-ion penghalang seperti nitrat, bikarbonat atau karbonat dalam air.

Berdasarkan dibeberapa macam kondisi lingkungan, dapat ditarik kesimpulan bahwa :

1. Zn bersifat anodik terhadap baja pada semua kondisi

2. Al sifatnya bervariasi

3. Sn selalu bersifat sebagai katodik

4. Ni selalu bersifat sebagai katodik

Korosi galvanik tidak terjadi jika kedua logam benar-benar kering karena tidak ada elektrolit yang memindahkan arus dintara anoda dan katoda.

2.      Jarak

 laju korosi pada umumnya paling besar pada daerah dekat pertemuan kedua logam. Laju korosi berkurang dengan makin bertambahnya jarak dari pertemuan kedua logam tersebut. Pengaruh jarak ini tergantung pada konduktivitas larutan dan korosi galvanik dapat diketahui dengan adanya serangan korosi lokal pada daerah dekat pertemuan logam.

3.      Luas penampang

yang dimaksud dengan luas penampang elektroda terhadap korosi galvanik adalah pengaruh perbandingan luas penampang katodik terhadap anodik. Jika luas penampang katodik jauh lebih besar dari pada katoda. Makin besar rapat arus pada daerah anoda mengakibatkan laju korosi makin cepat pula. Korosi di daerah anodik akan menjadi 100-1000 kali lebih besar jika dibandingkan dengan keseimbangan luas penampang anodik dan katodik.

Contoh lain luas penampang elektroda adalah ratusan tangki penyimpanan yang besar dipasang pada bagian utama pabrik yang mengalami program ekspansi. Tangki-tangki yang pertama digunakan adalah terbuat dari baja karbon dan permukaan dalamnya dilapisi atau dilindungi oleh cat phenolik. Tangki-tangki ini dapat digunakan dengan baik untuk beberapa tahun. Akan tetapi lama kelamaan lapisan cat bagian bawah rusak dan menyebabkan terjadinya kontaminasi. Oleh karena itu tangki-tangki yang baru, bagian bawahnya dilengkapi dengan stainless steel yang melindungi baja karbon (stainless steel-clad carbon steel) untuk pemakaian yang lebih baik dan mengurangi biaya perawatan. Kemudian cat pelapis pheonik juga diberikan diseluruh permukaan-permukaan dinding tangki sedangkan bagian bawah tangki yang dilapisi stainless steel tidak diberi lapisan cat karena mempunyai sifat ketahanan korosi yang baik. Namun setelah beberapa bulan dioperasikan, mulai terlihat adanya kebocoran di dinding tangki yaitu di atas penyambung logam/las-lasnya. 

JENIS-JENIS KOROSI GALVANIK

Korosi Galvanik Sistem Besi-Seng.

Potensial elektroda standar dari logam seng adalah: E⁰_Zn = -0,763 V, dan potensial logam besi adalah E⁰_Fe = -0,44 V. Sehingga perbedaan potensial keduanya adalah E⁰_Fe – E⁰_Zn = 0,323 V.

Diketahui bahwa potensial Zn lebih rendah daripada potensial Fe, oleh karena itu, Zn larut dalam elektrolit menurut reaksi anodik sebagai berikut:

Zn = Zn²⁺ + 2e^-

System galvanik ini menyebabkan seng terkorosi dengan melepaskan elektron. Elektron mengalir  dari daerah anoda seng ke katoda besi. Kemudian dipermukaan katoda besi, elektron ini habis digunakan dalam reaksi katodik seperti berikut:

H⁺ + e^- = H

Korosi Galvanik Sistem Besi-Tembaga

Potensial elektroda standar logam besi adalah: E⁰_Fe= -0.44 V, dan potensial logam tembaga adalah E⁰_Cu = 0,337 V. Sehingga perbedaan potensial kedua logam tersebut adalah: E⁰_Cu – E⁰_Fe = 0,777 V.

diketahui bahwa Potensial besi Fe lebih rendah dari pada potensial tembaga, oleh karena itu pada permukaan logam besi terjadi reaksi anodic, Fe larut dalam sistem berikut:

Fe = Fe²⁺ + 2e^-

Sel gavanik ini menyebabkan logam besi, Fe terkorosi. Pada permukaan tembaga terjadi reaksi katodik antara elektron dengan ion hidrogen sesuai reaksi berikut:

H⁺ + e^- = H.

Katoda akan terpolarisasi oleh kehadiran ion-ion hydrogen yang menghasilkan lapisan film dan menutupi permukaan katoda. Lapisan film yang terbentuk ini mempengaruhi kinetika atau kecepatan korosi berikutnya. Reaksi katodik menjadi lambat. Reaksi  antara electron dengan ion hydrogen yang terlarutpun menjadi lebih lambat. Melambatnya reaksi katodik menyebabkan melambatnya reaksi

Pada larutan elektrolit  yang memiliki konsentrasi ion hidrogen tinggi seperti larutan asam,  maka ion hidrogen akan teradsorpsi pada permukaan katoda dan membentuk gas hidrogen yang meninggalkan permukaan katoda, sesuai dengan reaksi berikut:

2H = H₂.

Reaksi ini mampu menyebabkan terjadinya korosi yang berkelanjutan. Reaksi pembentukan gas hydrogen, H₂ di katodik berjalan terus akan diikuti dengan reaksi pelepasan ion logam di daerah anoda. Sehingga jika reaksi pembentukan gas hidrogen terjadi, maka korosi terjadi.

Pada umumnya Larutan air adalah teraerasi atau mengandung oksigen terlarut, oleh karenanya, ion hidrogen yang terbentuk pada permukaan katoda bereaksi dengan oksigen sesuai reaksi berikut:

1/2O₂ + 2H = H₂O.

Kinetika untuk reaksi ini sangat ditentukan oleh laju difusi oksigen ke permukaan katodik. Selama katoda menghasilkan reaksi ini, maka reaksi pelarutan logan di anoda juga terjadi.

PENCEGAHAN KOROSI GALVANIK

Peristiwa korosi pada logam merupakan fenomena yang tidak dapat dihindari, namun dapat dihambat maupun dikendalikan untuk mengurangi kerugian dan mencegah dampak negatif yang diakibatkannya. Dengan penanganan ini umur produktif peralatan elektronik dalam rumah tangga atau kegiatan industri menjadi panjang sesuai dengan yang direncanakan, bahkan dapat diperpanjang untuk memperoleh nilai ekonomi yang lebih tinggi. Upaya penanganan korosi diharapkan dapat banyak menghemat biaya opersional, sehingga berpengaruh terhadap efisiensi dalam suatu kegiatan industry serta menghemat anggaran pembelanjaan rumah tangga.

Adapun cara penanggulangan korosi galvanic yaitu:

a)      Menghindari kontak logam yang berbeda (logamnya harus sama)

b)      Mencegah kontak listrik antara 2 komponen logam

c)      Penggunaan pengaruh luas permukaan

d)      Menghindari daerah yang basah pada logam

e)      Merancang dengan baik agar dapat mengganti bagian-bagian anoda yang rusak dengan menggunakan bahan-bahan yang siap pakai atau buatlah anodik yang lebih tebal agar lebih tahan lama.

f)       Menambahkan inhibitor untuk mengurangi keagresifan lingkungan.

Inhibitor merupakan perlakuan kimia untuk perlindungan korosi pada bagian logam yang berhubungan langsung dengan lingkungan korosif dengan menambah zat penghalang korosi. Inhibitor ditambahkan dalam lingkungan dalam jumlah sedikit, yaitu dalam satuan ppm, yang umumnya 10-100 ppm. Inhibitor berasal dari kata inhibisi yang berarti menghambat. Adapun pembagian inhibitor sebagai berikut:

·         Interfasa inhibisi: interaksi inhibitor dengan permukaan logam dengan membentuk lapisan tipis

·         Intrafasa inhibisi: penurunan tingkat korosifitas lingkungan, misal pengurangan kadar O₂ dan pengaturan pH.

Jenis/mekanisme inhibitor terbagi menjadi beberapa macam, yaitu:

Ø  Physical inhibitor: molekul inhibitor secara fisik teradsorbsi ke permukaan material atau senya organik yang mengabsorbi permukaan logam dan menekan kelarutan logam serta mengurangi reaksinya

Ø  Passivator (anodic. Inh) : membentuk lapisan pasif pada permukaan material, sehingga memperlambat reaksi anodik, contohnya kromat, serta membantu memperbaiki lapisan film ddengan membentuk senyawa passivator.

Ø  Precipitation inhibitor (cath. Inh): memperlambat reaksi katodik dengan mengubah potensial ke arah negatif, contohnya fosfat dan silikat dengan meningkatkan polarisasi anodik/katodik dan mengurangi difusi ion di permukaan logam

Ø  Destimulator: menurunkan kadar O₂ pada lingkungan (oxygen scravanger), contohnya pada reaksi hydrazine O₂ + N₂H₂ --> 2H₂O + N₂

g)      Menghindarkan terjadinya hubungan galvanik logam, hal ini dapat dilakukan dengan cara memilih material yang memiliki potensial yang ridak jauh berbeda (berdekatan pada galvanik series) pada saat perencanaan. Mengotrol anoda, apabila hubungan galvanik tidak dapat dihindarkan maka logam yang menjadi daerah anoda hendaknya diperluas/dibuat lebih tebal. Secara ekonomi akan lebih baik lagi melakukan dengan membuat anoda menjadi bagian yang mudah diganti. Dalam kontrol korosi, memilih logam atau paduan sedimikian sehingga pertukaran ion dengan lingkungannya tidak berlangsung dengan cepat atau dengan kata lain memilih logam atau paduannya yang perbedaan potensialnya dengan lingkungannya tidak terlalu besar. Faktor-faktor yang sering diperhitungkan dalam proses pemilihan material antara lain:

·         Memiliki ketahanan korosi  yang lebih tinggi di suatu media tertentu yang mana pada deret galvanik berada pada daerah noble atau katodik.

·         Persyaratan umur komponen

·         Variasi sifat

·         Perubahan karakteristik logam akibat proses pengerjaan atau selam terkena kondisi operasi tertentu

Pemilihan material dipertimbangkan juga dalam perannya sebagai pelapis permukaan luar (coating) maupun sebagai pelapis permukaan dalam (lining).

h)      Menghindarkan terjadinya cacat lapisan, pada pelapisan logam hubungan galvanik akan terjadi apabila lapisannya pecah, oleh karena itu pada saat proses pelapisan dilakukan harus dihindarkan terjadinya cacat pelapisan yang dapat menjadi anoda yang sangat kecil.

Pelapisan (coating) berfungsi seperti “kosmetik” yang mencegah logam mengadakan kontak langsung dengan lingkungannya yang korosif sehingga dapat melindungi logam dari korosi. Pada dasarnya pelapis dibagi menjadi dua:

·         Physical drying: proses pengeringan secara alami

·         Chemical curing: proses pengeringan secara kimia yang prosesnya terbagi atas reaksi dengan oksigen, reaksi antara komponen perekant serta zat pewarna dan pelarut, dan reaksi dengan karbondioksida dalam udara

Pada pelapis terdapat jenis pelapis epoksi yang merupakan jenis polimer tipe termoset. Pelapis epoksi terdiri dari dua bagian yang pertama berisikan resin epoksi, pigmen dan beberapa pelarut, dan bagian kedua adalah kopolimer agen pengeras yang dapat berupa polyamine, amine product, dan polyadine.