9. KOROSI LOGAM
• Korosi didefinisikan sebagai rusaknya bahan akibat reaksi dengan
lingkungan, sehingga mengurangi daya guna. Definisi ini berlaku
umum, tidak hanya terbatas pada logam, berhubung bahan non
logam juga bisa rusak akibat interaksi dengan lingkungan.
• Contoh, plastik dan karet bisa rusak karena lingkungan yang panas,
atau karena sinar matahari, atau karena bahn-bahan kimia yang lain.
• Bahan yang tahan korosi pada lingkungan apapun adalah platina dan
gelas, tetapi pemakaiannya belum tentu bisa sesuai dengan
persyaratan lain-lain yang harus dipenuhi, misalnya kekuatan,
keuletan, biaya atau harga dan sebagainya.
• Korosi pada besi disebut karat. Terjadinya korosi tidak dapat
dihindarkan atau dicegah, tetapi dapat dikurangi atau ditekan
seminimal mungkin.
• Untuk itu perlu memahami dasar-dasar korosi dan penyebab
terjadinya korosi
• Korosi logam merupakan fenomena yang kompleks dengan
beberapa macam bentuk, artinya terjadinya korosi mungkin
disebabkan karena beberapa faktor yang menjadi pemicu baik
secara bersamaan ataupun secara berturutan.
• Lingkungan mempunyai derajat korosif yang berbeda-beda. Udara
dan kelembaban, gas-gas yang terkandung di udara sebagai hasil
buangan kendaraan bermotor atau industri, air yang berasal dari
bermacam-macam sumber, antara lain mengandung garam atau
bahan-bahan kimia lain.
• Klasifikasi korosi
– Korosi basah terjadi bila terdapat cairan, misalnya korosi baja dalam
air atau pada lingkungan udara basah (lembab).
– Korosi kering terjadi tanpa adanya fasa cair atau terjadi diatas titik
embun dari lingkungan.
• Uap dan gas bisa merupakan bahan korosf, misalnya rusaknya baja
karena gas-gas dapur. Adanya air dalam jumlah yang sangat sedikit
dapat mempengaruhi terjadinya korosi.
– Contoh, gas khlor kering tidak korosif terhadap baja, tetapi khlor yang
lembab atau khlor yang terlarut dalam air, sangat korosif terhadap
hampir semua logam.
• Bentuk korosi karena reaksi kimia atau proses elektrokimia yang terjadi
secara merata pada seluruh permukaan atau pada permukaan yang
luas disebut korosi umum atau general corrosion / uniform attack.
Sebagai akibatnya, logam menjadi makin tipis,
– contoh adalah sepotong baja atau seng yang terendam dalam larutan
asam encer, akan larut dengan kecepatan merata pada seluruh
permukaannya.
– Korosi setempat atau localized corrosion mempunyai bermacammacam bentuk dengan proses terjadinya yang bervariasi.
• Ketahanan terhadap korosi atau ketahanan kimia suatu bahan
tergantung pada banyak faktor. Sehingga perlu pengetahuan tentang
termodinamika, elektrokimia, metalurgi dan kimia fisika untuk
mempelajari korosi.
– Termodinamika meliputi pengetahuan dan perhitungan tentang arah
reaksi spontan. Dalam kasus korosi, perhitungan termodinamika
dapat menentukan apakah secara teori korosi akan terjadi atau tidak.
– Elektrokimia berhubungan dengan potensial elektroda dan kinetika
elektroda.
– Dengan pengetahuan metalurgi, struktur mikro logam dapat diatur
untuk mengurangi atau memperlambat korosi.
– Kimia fisika mempelajari mekanisme reaksi korosi, kondisi permukaan
logam dan konsep-konsep basis yang lain.
Potensial Elektroda
• Banyak faktor yang berpengaruh terhadap terjadinya korosi logam, tetapi
kebanyakan dapat dijelaskan dengan konsep elektrokimia basis.
• Suatu logam dalam larutan air (larutan elektrolit) akan membentuk ion
positif atau kation dalam reaksi keseimbangan :
M  M n+ + n e
dimana M adalah logam dengan valensi n, dan e adalah elektron.
• Reaksi tersebut menghasilkan potensial listrik keseimbangan yang disebut
potensial elektroda. Besar-nya potensial elektroda tergantung pada jenis logam
dan jenis dan kondisi larutannya; dinyatakan dengan persamaan Nernst :
E = E0 + (RT / nF) ln c
E adalah potensial elektroda logam dengan valensi n, yang kontak dengan
ionnya sendiri, dengan konsentrasi c.
E0 adalah potensial elektroda standar pada 250C dan larutan 1 mol, R konstanta
gas,
T suhu absolut, dan
F konstanta Faraday.
• Dengan memasukkan harga-harga konstanta, pada keadaan standar
diperoleh persamaan :
E = E0 + 0.059/n log c
• Oksidasi adalah peristiwa terlepasnya elektron dari atom,
dan reduksi adalah menangkap elektron, karena itu reaksi arah
kekanan adalah oksidasi, sebaliknya arah kekiri adalah reaksi
reduksi; karena itu potensial elektroda juga disebut potensial
oksidasi-reduksi.
• Harga potensial elektroda dari logam atau unsur lain tidak
dapat ditentukan secara langsung, tetapi dibandingkan
terhadap elektroda hidrogen standar, yang dipakai sebagai
referensi, dengan diberi harga potensial sama dengan nol.
• Tidak semua logam sama mudahnya mengalami oksidasi
menjadi kation dan elektron. Bila suatu logam lebih mudah
melepas elektron daripada hidrogen (lebih anodik), maka
reaksi setengah sel yang terjadi adalah :
M  Mn+ + n e
n H+ + n e  n/2 H2
• Sebaliknya bila logam lebih katodik atau lebih mudah
menangkap elektron daripada hidrogen reaksi setengah selnya
adalah :
n/2 H2  n H+ + n e
Mn+ + n e  M
Tabel 5.1 Potensial Elektroda standar (250C, larutan 1 mol)
Korosi yang lazim dijumpai mencakup keadaan dengan
elektroda yang berlainan, membentuk pasangan galvanik.
lihat gambar 6.1, dimana elektroda seng dan elektroda
tembaga. Keduanya dapat teroksidasi, masing-masing :
Zn  Zn2+ + 2 e
Cu  Cu2+ + 2 e
Dari tabel potensial elektroda (tabel 6.1), terlihat bahwa
Zn ( E = - 0.76 V) lebih anodik daripada Cu (E = + 0.34
V), sehingga kalau kedua elektroda tersebut digabung,
reaksi yang terjadi :
Zn  Zn2+ + 2 e
Cu + 2 e  Cu
Elektron mengalir dari elektroda seng melalui rangkaian
luar, dan tembaga akan menerima elektron dari rangkaian
luar. Dengan mengalirnya elektron dari anoda, maka Zn
akan teroksidasi, artinya Zn terkorosi.
Gambar 6.1 Sel galvanik Zn-Cu
Korosi terjadi pada salah satu elektroda suatu pasangan galvanik, khususnya
anoda, harga potensial elektroda menunjukkan kecenderungan korosinya.
Potensial sel tersebut diatas :
Esel = Ekatoda - Eanoda
E sel = + 0.34 V - ( - 0.76 ) V = + 1.10 Volt
Reaksi katoda r11
Reaksi katoda adalah reaksi utama untuk korosi;
akan tetapi berbagai reaksi katoda harus mendapat
perhatian khusus, karena reaksi anodik selalu terjadi
serentak dengan reaksi katodik.
Reaksi katodik yang utama adalah :
–
–
–
–
–
Pelapisan elektro
Generasi hidrogen
Dekomposisi air
Pembentukan hidroksil
Pembentukan air
Mn+ + n e  M
2 H+ + 2 e  H2
2 H2O + 2 e  H2  + 2 (OH)O2 + 2 H2O + 4 e  4 OHO2 + 4 H+ + 4 e  2 H2 O
Karat
Mekanisme pembentukan karat besi
digambarkan pada gambar 5.2.
Oksiasi besi menghasilkan ion besi
dan elektron, membentuk ion Fe2+
dan akan teroksidasi lebih lanjut
menjadi
Fe3+
bila
elektronelektronnya dapat dipergunakan.
Elektron bergabung dengan oksigen
dan air pada katoda dan membentuk
ion (OH)-.
Karat merupakan
kombinasi Fe3+ dan ion (OH)-
Reaksi pembentukan karat
Anoda :
Fe  Fe3+ + 3e
Katoda :
3/2 H2O + ¾ O2 + 3e  3 (OH)Pengendapan :
Fe3+ + 3 (OH)-  Fe(OH)3 
Jenis-jenis sel galvanik
• Sel korosi galvanik dapat dibagi atas tiga
kelompok :
– sel komposisi,
– sel tegangan
– sel konsentrasi.
• Masing-masing akan menghasilkan korosi karena
sebagian dari pasangan bertindak sebagai anoda,
dan bagian lainnya merupakan katoda. Hanya
anoda yang terkorosi, itupun hanya bila bisa
membentuk kontak dengan katoda.
Sel komposisi
•
•
•
Sel komposisi dapat terbentuk bila terdapat dua jenis logam yang berlainan
saling kontak.
Seperti tercantum pada tabel 6.1 , logam dengan kedudukan lebih rendah
merupakan anoda. Sebagai contoh lembaran besi atau baja yang
digalvanisir dengan lapisan seng (gambar 6.3a).
Lapisan seng akan akan merupakan anoda dan melindungi seluruh
permukaan besi. Bila lapisan seng tergores, atau pada permukaannya
terdapat celah, seng merupakan anoda, sedangkan besi merupakan katoda
dan katoda tidak terkorosi. Selama masih ada lapisan seng, permukaan besi
akan terlindung, tidak mengalami korosi.
Gambar 6.3a Besi/baja digalvanisir dengan seng
Gambar 6.3b Besi/baja berlapis timah putih
• Bila lembaran besi dilapisi timah putih, selama seluruh
permukaannya tertutup rapat timah putih mampu
melindungi besi terhadap korosi.
• Tetapi bila lapisan permukaannya ada yang cacat, besi
menjadi anoda, sedangkan timah putih menjadi
katoda.
• Pasangan galvanik yang terjadi menimbulkan korosi
pada besi.
• Karena cacat tersebut kecil, berarti permukaan
anodanya kecil, padahal harus menghasilkan sejumlah
elektron untuk permukaan katoda yang luas, terjadilah
korosi setempat yang sangat cepat.
• Korosi jenis ini sering disebut sebagai korosi celah atau
crevice corrosion , gambar 6.3b.
• Contoh pasangan galvanik lainnya adalah :
sekrup baja dalam perkakas yang terbuat dari
kuningan, timah patri Pb-Sn disekitar kawat
tembaga, poros baling-baling baja dalam
bantalan perunggu dan sebagainya.
• Kesemuanya dapat membentuk sel galvanik
bila tidak dilindungi dengan cermat dari
lingkungan korosif. Hubungan logam tidak
sejenis dapat merupakan sumber terjadinya
korosi galvanik.
Sel tegangan
• Logam jarang mempunyai komposisi atau struktur yang
betul-betul seragam, baik ditinjau secara makroskopik maupun
mikroskopik.
• Atom-atom pada daerah batas butir mempunyai energi yang
lebih besar daripada atom-atom dalam butir, sehingga
dianggap bertegangan, maka terjadilah anoda dan katoda.
• Batas butir berfungsi sebagai anoda, sebagai akibatnya
terjadilah korosi batas butir (gambar 6.4)
• Besi tuang abu-abu yang mengandung grafit
dapat mengalami peluluhan selektif dari besi.
• Grafit lebih katodik daripada besi,sehingga
terbentuk sel galvanik.
• Besi terlarut, sehingga terjadi masa yang porous
yang terdiri dari grafit, ruang kosong dan karat.
• Besi tuang menjadi kehilangan kekuatan dan sifat
logamnya tanpa terjadi perubahan dimensi,
sehingga berbahaya.
• Proses ini disebut grafitisasi, dan terjadi melaui
proses yang lambat.
• Bila besi tuang abu-abu berada dalam lingkungan
yang dapat menyebabkan terjadinya korosi
dengan cepat, maka yang terjadi bukan grafitisasi
melainkan korosi umum atau uniform attack.
• Proses pembentukan melalui pengerjaan dingin
juga berpengaruh terhadap terjadinya korosi.
Bagian logam yang mengalami perubahan bentuk,
mempunyai tingkat energi yang lebih tinggi,
merupakan daerah bertegangan. Bagian logam
yang mengalami pengerjaan dingin menjadi
anoda dan bagian yang tidak mengalami
perubahan bentuk menjadi katoda (gambar 6.5)
Gambar 6.5 Dua contoh terjadinya sel tegangan.
Sel konsentrasi
• Sesuai persamaan Nernst, E = E0 + 0.059/n log c , maka elektroda dalam
elektrolit cair bersifat anodik terhadap elektroda serupa dalam elektrolit yang
pekat.
• Sel konsentrasi mempercepat korosi didaerah dimana konsentrasi elektrolit
lebih rendah.
• Fenomena ini dipakai untuk menjelaskan terjadinya sel konsentrasi jenis
oksidasi, sering disebut sebagai sel oksidasi.
• Bila oksigen yang terdapat dalam udara dapat bersentuhan dengan
permukaan logam korosi akan terjadi pada bagian yang kekurangan oksigen.
• Gejala ini dapat dijelaskan dengan reaksi katodik untuk menunjukkan
peran oksigen pada korosi didaerah yang bebas oksigen :
•
2 H2O + O2 + 4e  4(OH)• Reaksi katoda ini hanya dapat terjadi bila ada oksigen, disamping itu juga
memerlukan elektron dari logam. Elektron diambil dari logam dari bagian
yang kekurangan oksigen, sehingga bagian tersebut merupakan anoda, sedang
daerah yang banyak oksigennya menjadi katoda.
• Hal ini terjadi pada tempat-tempat yang sukar dijangkau, seperti retak-retak
atau sela, adanya kotoran.
• Kejadian bisa bertambah buruk bila terjadi penumpukan karat atau kerak
yang menghambat masuknya oksigen, terjadilah lubang setempat (pitting)
karena korosi yang tidak merata (gambar 6.6).
• Gambar 6.6 Sel oksidasi. Tempat yang tidak
terjangkau (konsentrasi O2 rendah) menjadi
anoda.
Laju korosi
• Rangkaian terbuka antara anoda besi dan katoda
hidrogen standar (dengan elektroda Pt), pada keadaan
standar akan menghasilkan perbedaan potensial sebesar –
0.44Volt (tabel 5.1). Seolah-olah terjadi baterai yang
dapat menghasilkan arus bila kedua elektroda tersebut
dihubungkan.
•
Potensial sel dapat dipandang sebagai kemampuan
memasok arus. Bila arus mulai mengalir, kemampuan
memasok arus makin berkurang. Peran termodinamika
hanya menunjukkan kecenderungan suatu sistem
mengalami korosi, dimana sistem harus ada dalam
keadaan setimbang, berarti tidak boleh ada arus yang
mengalir. Sementara yang terjadi, pada reaksi-reaksi
korosi terjadi arus yang mengalir, sehingga perlu dikaji
tentang laju korosi.
Perhitungan laju korosi
• Laju korosi dapat dinyatakan dalam beberapa cara, antara lain %
kehilangan berat, mg per cm2 per hari, gram per in2 per jam dan sebagainya.
Semua ini tidak menunjukkan penetrasi (kedalaman) korosi. Dari sudut
pandang keteknikan, kecepatan penetrasi atau menjadi tipisnya suatu keping
struktural, dapat dipakai untuk peramalan umur suatu barang.
• Mils per year (mpy) merupakan cara yang paling umum untuk menyatakan
laju korosi. Mpy dapat dihitung dari kehilangan berat suatu spesimen logam
selama dilakukan tes korosi melalui persamaan :
mpy = 534W/DAT
dimana W = kehilangan berat, mg
D = densitas spesimen, g/cm3
A = luas spesimen, in2
T = waktu , jam
Konversi mpy ke sistem metrik menghasilkan hubungan sebagai berikut :
1 mpy = 0.0254 mm/th = 25.4 m/th = 2.90 nm/jam = 0.805 pm/det
µm(mikrometer atau mikron) adalah 10-6 meter, nm(nanometer) adalah 10-9
meter dan pm(pikometer) adalah 10-12 meter.