Bumper mobil dilapisi oleh logam kromium merupakan contoh penerapan

BAB I

PENDAHULUAN

Seiring dengan perkembangan zaman dan semakin meningkat pesatnya dunia perindustrian, jenis-jenis logam yang ditemukan pun semakin banyak dan aplikasinya semakin beragam. Logam banyak digunakan dalam berbagai kebutuhan hidup sehari-hari, mulai dari transportasi, rumah tangga, hingga urusan pertahanan negara. Suatu jenis logam yang terdiri dari berbagai unsur atau senyawa, dapat digunakan untuk berbagai keperluan. Ada jenis logam yang memiliki daya tahan rendah dan ada yang memiliki daya tahan tinggi. Ada jenis logam yang mudah berkarat dan ada yang tahan karat. Ada jenis logam yang mudah mengalami korosi dan ada yang tidak, dan sebagainya. Interaksi besi atau baja dengan udara dapat menyebabkan terbentuknya Fe2O3 yang merupakan penyebab timbulnya karat dan membuat ketahanan besi maupun baja menjadi rapuh.

Terkadang dalam suatu industri manufaktur, diperlukan logam yang memiliki gabungan sifat dari beberapa jenis logam. Misalnya logam yang memiliki kekuatan tinggi tetapi juga tahan terharap korosi, dengan biaya yang terjangkau. Maka seringkali ditemukan kendala karena kesulitan memperoleh jenis logam yang memiliki sifat-sifat tersebut. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi pun diterapkan untuk mengatasi masalah tersebut, seperti mengolah logam tertentu terhadap logam lainnya dengan memanfaatkan proses kimia untuk memperoleh benda dengan gabungan sifat-sifat logam yang diperlukan. Dalam hal ini, logam yang dimanfaatkan adalah logam kromium dengan menggunakan proses elektroplating.

Berbagai benda hasil pengolahan suatu industri manufaktur dibuat untuk memenuhi kebutuhan masyarakat sehari-hari. Dengan semakin berkembangnya taraf hidup masyarakat, maka kebutuhan masyarakat juga semakin meningkat. Tuntutan yang harus dipenuhi suatu industri manufaktur juga semakin meningkat. Oleh karena itu, perlu dilakukan proses elektroplating untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Proses elektroplating ini dilakukan untuk melapisi suatu benda logam atau nonlogam sehingga sifatnya menjadi tahan korosi. Proses elektroplating ini biasanya dilakukan dengan melapisi benda tersebut dengan tembaga, nikel, dan krom.

Kromium (Cr) digunakan untuk pelapisan tahap akhir pada proses elektroplating. Digunakannya logam kromium dalam proses elektroplating adalah selain karena sifatnya yang tahan korosi, krom juga digunakan untuk memperindah tampilan suatu benda karena membuat permukaan benda menjadi keras dan mengkilat. Salah satu ciri khas krom adalah warnanya yang putih kemilau.

  • Karakteristik logam kromium

Kromium (Cr) merupakan unsur yang terletak pada golongan transisi VI B. Kromium merupakan logam yang tidak dapat ditemukan dalam bentuk unsur atau senyawa, tetapi kromium dapat ditemukan dalam bentuk paduan, biasanya berupa bijih kromium. Kromium memiliki sifat keras dan berkilau sehingga banyak digunakan untuk pelapisan benda.

Proses elektroplating dilakukan dengan prinsip elektrokimia dengan menggunakan anoda dan katoda. Anoda merupakan logam yang digunakan untuk melapisi benda lainnya, dalam hal ini krom digunakan sebagai anoda. Katoda merupakan objek benda yang akan dilapisi, dapat berupa baja, plastik, dan lain-lain. Anoda dihubungkan dengan kutub positif sumber listrik, sedangkan katoda dihubungkan dengan kutup negatif sumber listrik. Anoda dan katoda sama-sama dimasukkan ke dalam suatu wadah yang diisi dengan suatu cairan elektrolit yang berfungsi untuk menghantarkan listrik.

  • Kegunaan logam kromium dalam elektroplating

Logam kromium digunakan pada tahap akhir proses elektroplating, digunakan untuk meningkatkan sifat fisik dan mekanik benda yang dilapisi. Selain itu, sesuai dengan sifatnya maka logam kromium bermanfaat untuk membuat suatu benda menjadi tahan korosi dan juga memperindah tampilannya menjadi keras dan berkilau.

BAB II

PEMBAHASAN

Kromium (Cr) merupakan unsur logam yang bersifat keras, berkilau, dan berwarna perak atau abu-abu. Akan tetapi, kromium tidak ditemukan dalam bentuk unsur atau senyawa. Kromium ditemukan dalam bentuk paduan, yang paling banyak ditemukan dalam bentuk bijih kromium (PbCrO4) yang berwarna merah dan dapat digunakan pada cat minyak sebagai pigmen merah.

Meskipun senyawa kromium beracun, tetapi kromium banyak digunakan dalam berbagai bidang, misalnya dalam bidang biologi kromium diperlukan dalam metabolisme glukosa, dalam bidang kimia kromium digunakan sebagai katalis, dalam industri tekstil kromium digunakan sebagai mordants, dan isotop kromium digunakan untuk aplikasi medis.

Kromium pertama kali ditemukan tahun 1797 oleh seorang Perancis bernama Louis-Nicholas Vauquelin. Vauquelin menganalisis zamrud dari Peru dan menemukan bahwa warna hijau pada zamrud karena adanya unsur kromium. Nama kromium berasal dari bahasa Yunani “kroma” yang berarti warna. Sekitar 1-2 tahun kemudian seorang kimiawan Jerman bernama Tassaert menemukan kromium dalam bijih kromit (Fe(CrO2)2) yang merupakan sumber utama kromit hingga sekarang. Pada pertengahan abad ke-18 seorang analisis dari Siberia menunjukkan bahwa kromium terdapat cukup banyak dalam senyawa PbCrO4.

Paten pertama untuk pengguaan kromium dalam baja diberikan pada tahun 1865. Pada saat pengembangan produksi kromium awal tahun 1900-an, sudah dilakukan finishing logam dengan menggunakan kromium, dan ditemukan stainless steel yang pembuatannya juga menggunakan kromium.

Kromium tidak dapat ditemukan sebagai logam bebas di alam. Kromium ditemukan dalam bentuk bijih kromit dan senyawa PbCrO4 yang banyak ditemukan di Rusia, Brazil, Amerika Serikat, dan Tasmania. Kromium juga dapat ditemukan di matahari, meteorit, kerak batu, dan air laut.

Kromium juga dapat dihasilkan melalui proses isolasi laboratorium. Sumber yang paling berguna adalah bijih kromit atau Fe(CrO2)2. Oksidasi bijih ini dilakukan melalui udara dalam cairan alkali dengan memberikan natrium kromat (Na2CrO4), kemudian dikonversi menjadi Cr(III) oksida (Cr2O3) dengan ekstraksi ke dalam air, curah hujan, dan direduksi dengan karbon. Oksida tersebut kemudian dikurangi lagi dengan aluminium atau silikon untuk membentuk logam kromium. Selain itu, isolasi jenis lain yang dapat digunakan untuk menghasilkan krom adalah melalui proses elektroplating. Proses ini melibatkan pembubaran Cr2O3 dalam asam sulfat untuk memberikan suatu elektrolit yang digunakan untuk elektroplating krom.

Kromium dihasilkan dalam dua bentuk yaitu ferokromium dan kromium murni. Ferokromium merupakan suatu paduan yang mengandung Fe, Cr, dan C. Ferokromium diperoleh melalui reduksi kromit oleh C menjadi paduan ferokromium yang mengandung karbon. Ferokromium banyak digunakan dalam pembuatan stainless steel.

Kromium murni jarang digunakan karena sifatnya rapuh. Logam tersebut digunakan untuk membentuk paduan bukan besi. Oleh karena itu, Cr2O3 dilarutkan dalam H2SO4 dan diletakkan secara elektrolitik pada permukaan logam, sehingga dapat digunakan untuk melindungi logam dari korosi dan memberikan tampilan yang mengkilat.

  • SIFAT FISIK DAN KIMIA KROMIUM

Sifat fisik kromium dilampirkan pada Tabel 4.1 dan Tabel 4.2

Konfigurasi elektron kromium menyimpang dari diagram Aufbau. Dibandingkan dengan molibdenum dan wolfram, kromium lebih mudah bereaksi dengan asam non oksidator untuk menghasilkan Cr(III), tetapi dengan asam oksidator reaksinya menjadi terhambat karena terbentuknya lapisan kromium(III) oksida. Kromium mempunyai tingkat oksidasi yang sangat bervariasi, sehingga logam kromium banyak membentuk persenyawaan. Hal ini disebabkan oleh kecenderungan logam golongan VI B pada tingkat oksidasi rendah tidak stabil dengan naiknya nomor atom.

Senyawa-senyawa oksida kromium seperti Cr2O3 dan Cr(OH)3 bersifat amfoterik. Hal ini disebabkan oleh sifat basa oksida dan hidroksida kromium menurun dengan naiknya tingkat oksidasi. Sama seperti CrO3 yang mempunyai tingkat oksidasi lebih tinggi lebih bersifat asam. Cr(VI) mempunyai jari-jari ionik lebih pendek dan rapatan muatan lebih tinggi sehingga mempunyai kecenderungan yang lebih besar sebagai akseptor pasangan elektron. Karakteristik beberapa oksida kromium ditunjukkan pada Tabel 4.3.

Kromium trioksida bersifat sangat asam dan bereaksi dengan basa menghasilkan kromat (CrO4–). Penurunan pH dengan penambahan asam ke dalam larutan kromat mulanya mengakibatkan kondensasi unit-unit tetrahedron CrO4 menjadi ion dikromat Cr2O72- dan kondensasi lebih lanjut menghasilkan endapan CrO3.

Sifat kimia kromium dilampirkan pada Tabel 4.4.

Beberapa kegunaan kromium antara lain sebagai berikut :

  1. Untuk mengeraskan baja, pembuatan stainless steel, dan membentuk paduan.
  2. Untuk menghasilkan permukaan yang indah dan keras dalam plating, serta untuk mencegah korosi.
  3. Untuk memberi warna hijau pada kaca zamrud.
  4. Dalam industri tekstil, kromium digunakan sebagai mordants (penguat warna).
  5. Sebagai pigmen merah untuk cat minyak, khususnya senyawa PbCrO4.
  6. Untuk pembuatan batu permata yang berwarna, biasanya diperoleh dari kristal aluminium oksida yang dimasukkan kromium sehingga menghasilkan warna merah.
  7. Bahan baku pembuatan kembang api, diperoleh dari hasil pembakaran amonium dikromat ((NH4)2Cr2O7) yang berisi pellet dari raksa tiosianat (HgCNS).

Dalam teknologi pengerjaan logam, proses elektroplating merupakan proses pengerjaan akhir (metal finishing). Secara sederhana, elektroplating dapat diartikan sebagai proses pelapisan logam dengan menggunakan bantuan arus listrik dan senyawa kimia tertentu untuk memindahkan partikel logam pelapis ke material yang hendak dilapisi.

Pelapisan logam dapat berupa lapis seng (zink), galvanis, perak, emas, brass, tembaga, nikel dan krom. Perbedaan utama dari pelapisan tersebut selain anoda yang digunakan, yaitu larutan elektrolitnya.

Proses elektroplating mengubah sifat fisik, mekanik, dan sifat teknologi suatu material. Contoh perubahan fisik adalah bertambahnya daya tahan material terhadap korosi dan bertambahnya kapasitas konduktivitasnya. Contoh perubahan mekanik adalah perubahan kekuatan tarik maupun tekan dari suatu material sesudah mengalami pelapisan. Tujuan pelapisan logam adalah untuk meningkatkan sifat teknik atau mekanik dari suatu logam, melindungi logam dari korosi, dan memperindah tampilan (dekoratif).

Pelapisan krom merupakan suatu perlakuan akhir dalam proses elektroplating dengan menggunakan kromium. Pelapisan krom dapat dilakukan pada berbagai jenis logam, seperti besi, baja, atau tembaga. Pelapisan krom juga dapat dilakukan pada plastik atau benda lain yang bukan logam, tetapi benda tersebut harus dicat terlebih dahulu dengan cat yang mengandung logam sehingga dapat mengalirkan listrik.

Prinsip dasar pelapisan krom adalah perpindahan partikel dari plat anoda dengan plat katoda melalui media larutan kimia atau disebut juga larutan elektrolit. Anoda merupakan terminal positif yang dihubungkan dengan kutub positif dari sumber arus litrik. Katoda merupakan benda kerja yang akan dilapisi, dihubungkan dengan kutub negatif dari sumber arus listrik. Larutan elektrolit merupakan larutan yang molekulnya dapat larut dalam air dan terurai menjadi partikel-partikel yang bermuatan positif atau negatif. (Prinsip dasar pelapisan krom dapat dilihat pada lampiran Gambar 6.1)

Larutan krom platting dipublikasikan pada tahun 1856 oleh Dr. Guther di Gottingen, Jerman bahwa larutan krom platting yang digunakannya mengandung asam kromat, yang mungkin mengandung sedikit endapan sulfat. Karena endapan sulfat yang tidak ikut dipublikasikan, maka penggunaan asam kromat banyak mengalami kegagalan sampai 40 tahun berikutnya. Pada tahun 1924, Profesor C. Fink dan asisten-asistennya menghasilkan percobaan yang menggunakan asam kromat sebagai larutan dasarnya, dicampur dengan sedikit ion sulfat atau fluorit kompleks yang berfungsi sebagai katalis. Larutan tersebut digunakan hingga saat ini.

Sifat-sifat pelapisan krom :

  • Warna putih kemilau
  • Reflektivitas tinggi
  • Resistan kusam/pudar yang baik
  • Resistan karat sempurna
  • Tahan gores sempurna

Hal yang paling penting dalam sifat pelapisan krom adalah warna putih kemilau. Pemantulan cahaya yang tinggi dan selalu mengkilap selama penggunaan disebabkan karena krom memiliki ketahanan tarnish yang tinggi. Krom juga memiliki resistansi korosi yang sangat baik karena logamnya tidak bereaksi secara kimia terhadap kelembaban udara, oksigen atau konsentrasi normal oleh kontaminan di atmosfer.

Langkah-langkah pelapisan krom :

  1. Lapis tembaga, merupakan lapisan pertama dalam teknik pelapisan krom yang berfungsi untuk meningkatkan kekuatan rekatan krom. Lapis tembaga dapat diganti dengan lapis brass, karena brass memiliki senyawa logam yang sama dengan tembaga dan tidak mempengaruhi hasil kerja.
  2. Lapis nikel, menjadikan logam yang dilapisi tahan karat dan memberi dasar yang mengkilap terhadap lapisan krom.
  3. Lapis krom, menyempurnakan ketahanan logam yang sudah dilapisi nikel terhadap karat dan menambah keindahan logam.

Pelapisan krom menggunakan bahan dasar asam kromat dan asam sulfat sebagai pemicu arus, dengan perbandingan yang umum digunakan yaitu 100:1 sampai 400:1. Asam kromat berwarna kuning kemerahan, berbentuk kristal, mudah larut dalam air karena kelarutannya tinggi. Faktor lain yang sangat berpengaruh pada proses pelapisan krom adalah temperatur cairan dan besar arus listrik yang mengalir pada saat pelapisan. Temperatur pelapisan bervariasi antara 35 ºC sampai dengan 60 ºC, sementara besar arus listrik antara 18 A/dm2 sampai 27 A/dm2.

Elektroda yang digunakan pada pelapisan krom adalah timbal (Pb) sebagai anoda (kutub positif) dan benda yang akan dilapisi sebagai katoda (kutub negatif). Jarak antar elektroda antara 9 cm sampai 29 cm. Sumber listrik yang digunakan adalah arus searah antara 10-25 Volt, atau bisa juga menggunakan aki mobil.

Skema proses elektroplating dapat dilihat pada Gambar 6.2.

Perpindahan ion logam dilakukan dengan bantuan arus listrik melalui larutan elektrolit sehingga ion logam dapat mengendap pada benda padat atau katoda yang akan dilapisi. Ion logam dapat diperoleh dari larutan elektrolit maupun dari pelarutan anoda logam di dalam elektrolit. Pengendapan terjadi pada benda kerja yang berlaku sebagai katoda.

Reaksi yang terjadi pada katoda :

  • Pembentukan lapisan nikel

Ni2+ (aq) + 2e– ® Ni (s)

2H+ (aq) + 2e– ® H2 (g)

½O2 (g) + 2H+ ® H2O (l)

Reaksi yang terjadi pada anoda :

H2O (l) ® 4H+ (aq) + O2 (g) + 4e–

H2 (g) ® 2H+ (aq) + 2e–

Pemakaian yang baik dan resistansi terhadap goresan merupakan faktor-faktor yang penting dalam pemilihan logam kromium untuk pengerjaan akhir pada benda-benda otomotif, pegangan pintu, atau benda kerja lainnya. Benda kerja pelapisan krom antara lain :

  • Baja (bumper mobil, aksesoris kendaraan, peralatan rumah tangga, perangkat olahraga)
  • Seng berbasis logam cor celup (gagang pintu, perangkat pembakaran)
  • Plastik ABS, polypropilene, polysulfone (aksesoris kendaraan, perangkat rumah tangga, pipa)
  • Kuningan, perunggu (perangkat kelautan, pipa)
  • Stainless steel (penutup kawat, aksesoris kendaraan)
  • Besi

Diantara berbagai benda kerja pelapisan krom diatas, hanya stainless steel yang dapat dilapis krom secara langsung. Sebagai contoh, bumper baja perlu lapis pendahuluan dengan lapis nikel atau kombinasi tembaga dan nikel. Seng berbasis logam cor celup dilapis dengan tembaga, kemudian 1 atau 2 kali lapis nikel, terakhir diikuti dengan lapis krom. Plastik seperti ABS, polypropilene, dan polysulfone yang telah dicetak menjadi benda-benda fungsional atau keperluan dekorasi (seperti knop, teralis, dan trim interior), sebelum dilapisi dengan krom perlu dilapisi elektrolisa tembaga atau nikel terlebih dahulu, selanjutnya lapis elektrodeposit tembaga atau nikel, dan terakhir lapis krom. Paduan krom atau stainless steel yang digunakan untuk hiasan otomotif mempunyai ketahanan korosi yang baik.

Cara kerja pelapisan krom berdasarkan jenis logamnya dibagi menjadi 2 :

  1. Logam penghantar listrik (baja, seng berbasis logam cor celup, kuningan, perunggu, besi). Logam jenis ini dapat dilapisi dengan 3 langkah proses pelapisan yaitu pelapisan tembaga, pelapisan nikel, dan pelapisan krom.
  2. Logam yang daya induktivitasnya rendah (aluminium murni dan campuran). Sebelum melakukan 3 langkah proses pelapisan pada logam jenis ini, perlu diberikan lapisan tambahan seperti lapisan alumon, zinkcate, bondal dip, atau lainnya.

Contoh hasil akhir proses elektroplating krom dapat dilihat pada lampiran Gambar 6.3.

BAB III

KESIMPULAN

  • Kromium merupakan logam yang tidak dapat ditemukan dalam bentuk unsur atau senyawa, tetapi dalam bentuk paduan yang biasanya berupa bijih kromium (PbCrO4).
  • Kromium memiliki sifat tahan karat dan putih berkilau sehingga digunakan untuk melapisi logam lainnya yang ketahanan terhadap karatnya lebih rendah atau melapisi bahan nonlogam sehingga dapat dialiri listrik dan memperindah permukaannya.
  • Proses pelapisan atau elektroplating dilakukan dengan menggunakan timbal sebagai anoda, benda kerja yang akan dilapisi sebagai katoda, dan larutan elektrolit berupa asam kromat dan asam sulfat untuk menghantarkan arus listrik.
  • Benda kerja yang biasanya dilapisi dengan proses elektroplating adalah besi, baja, perunggu, tembaga, plastik, dan stainless steel. Stainless steel dapat dilapisi krom secara langsung. Selain stainless steel, benda kerja lainnya perlu melalui 3 langkah proses pelapisan yaitu pelapisan tembaga, pelapisan nikel, kemudian terakhir pelapisan krom.

BAB IV

DAFTAR PUSTAKA

BAB V

DAFTAR LAMPIRAN

Tabel 4.1 Sifat Fisik Kromium

Massa Jenis 7,15 g/cm3 (25 ºC)
Titik Lebur 2180 K, 1907 ºC, 3465 ºF
Titik Didih 2944 K, 2671 ºC, 4840 ºF
Entalpi Peleburan 20,5 kJ/mol
Panas Penguapan 339 kJ/mol
Entalpi Atomisasi 397 kJ/mol
Kapasitas Kalor (25 ºC) 23,25 J/mol.K
Konduktivitas Termal 94 W/m.K
Koefisien ekspansi termal linier 4,9 x 10-6 /K
Kepadatan 7,140 kg/m3
Volum Molar 7,23 cm3
Sifat Resistivitas Listrik 12,7 x 10-8 Ω.m

Tabel 4.2 Sifat Fisik Kromium

Karakteristik 24Cr
Massa atom relatif 51,996
Jari-jari atom (nm) 0,117
Jari-jari ion (pm) M+2, M+3, M+4, M+5, M+6 (Bilangan koordinasi 6) 73, 61.5, 55, 49, 44
Keelektronegatifan 1,6
Energi ionisasi (IE) kJ/mol 659
Kelimpahan (ppm) 122
Densitas (g/cm3) 7, 14
Potensial elektroda

M+2(aq) + 2e -> M(s)

M+3(aq) + e -> M+2(aq)

-0,56

-0,41

Tabel 4.3 Karakteristik Oksida Kromium

Tingkat Oksidasi Oksida Hidroksida Sifat Ion Nama Warna
+2 CrO Cr(OH2) Basa Cr2+ Kromo kromium(II) Biru muda
+3 Cr2O3 (hijau) Cr(OH)3 Amfoterik Cr2+ atau [Cr(H2O)6]3+

[Cr(OH)3]

Kromi atau kromium(III) Violet hijau
+4 Cr2O3 (merah tua) CrO2(OH)2

Cr2O5(OH)2

Asam CrO42-

Cr2O72-

Kromat dokromat Kuning oranye

Tabel 4.4 Sifat Kimia Kromium

Nomor Atom 24
Massa Atom 51,9961 g/mol
Golongan, Periode, Blok VI B, 4, d
Konfigurasi elektron [18Ar] 3d54s1
Jumlah elektron tiap kulit 2, 8, 13, 1
Afinitas elektron 64,3 kJ/mol
Ikatan energi dalam gas 142,9 ± 5,4 kJ/mol
Panjang ikatan Cr-Cr 249 pm
Senyawa beracun dan mudah terbakar