Pengujian Korosi : Pengertian, Mekanisme, Jenis dan Prosedur

Korosi

Pengujian Korosi – Secara luas, korosi dapat diartikan sebagai penurunan sifat-sifat yang berguna dari material / bahan ketika mereka berinteraksi dengan lingkungannya. Material-material ini dapat berupa logam dan paduannya, komposit, polimer, keramik, dan lain lain.

Istilah “kerusakan” atau penurunan sifat-sifat yang berguna dari material secara khusus mengacu pada reaksi kimia yang tidak diinginkan antara bahan-bahan ini dan lingkungannya yang mengandung cairan, gas, garam, dan lain lain. Korosi umumnya dikenal sebagai ” karat”. Namun, kata “berkarat” lebih tepat digunakan untuk korosi yang terjadi pada besi.

Logam besi dan paduannya merupakan material yang paling umum digunakan untuk merancang berbagai komponen struktural, sehingga penggunaannya tidak lepas dari ancaman korosi. Korosi terjadi dan berlangsung secara spontanitas /alami. Alam memungkinkan bahan untuk tetap dalam keadaan energi serendah mungkin (atau keadaan paling stabil), dan dengan demikian sebagian besar logam/paduan memiliki kecenderungan untuk menimbulkan korosi (bergabung dengan air/oksigen yang ada di lingkungan) sehingga mereka dapat mencapai keadaan ini.

Hampir setiap logam memiliki kecenderungan untuk berubah menjadi keadaan oksidanya yang stabil. Korosi merupakan masalah yang terjadi secara global, karena kerugian akibat korosi sangat besar, dan berdampak buruk pada perekonomian organisasi pada khususnya dan negara pada umumnya. Sama seperti bencana alam lainnya, korosi juga dapat menyebabkan kerusakan besar pada jembatan, bangunan, jaringan pipa gas/minyak bumi, komponen struktural industri, mobil, peralatan rumah tangga, sistem air minum, dan lainnya.

Dampak Korosi :

Korosi bisa mengakibatkan penurunan sifat mekanik suatu struktur dan kadang-kadang bahkan menyebabkan kegagalan bencana yang mengakibatkan kerugian ekonomi yang besar serta hilangnya nyawa. Para peneliti di seluruh dunia telah melakukan penelitian ekstensif untuk memahami mekanisme fenomena korosi dan sifat tahan korosi dari berbagai logam dan paduan untuk menggunakannya untuk aplikasi yang berbeda.

Mereka telah melakukan upaya simultan untuk mengendalikan korosi dengan mengembangkan paduan unggul, mengubah mikro struktur paduan, menerapkan lapisan tahan korosi, mengubah lingkungan dan sebagainya. Tujuan utama mereka adalah untuk meningkatkan masa pakai material secara maksimal. Semua upaya ini ditujukan untuk mengurangi efek korosi.

Efek berbahaya utama dari korosi :

  • Pengurangan ketebalan logam yang mengakibatkan hilangnya integritas mekanik dan kegagalan struktural atau kerusakan komponen logam.
  • Korban parah atau hilangnya nyawa manusia karena kegagalan atau kerusakan struktural (misalnya, pesawat terbang, mobil, jembatan, dll.).
  • Kerugian moneter karena penutupan pabrik industri.
  • Kerugian ekonomi karena kontaminasi cairan karena korosi bejana.
  • Kebocoran pipa yang menyebabkan pelepasan bahan kimia berbahaya ke lingkungan.
  • Kerusakan mekanis pada katup, pompa, dll., atau penyumbatan pipa oleh produk korosi padat.
  • Pengeluaran tambahan untuk pemeliharaan komponen yang terkorosi dan mendesain ulang peralatan yang tahan terhadap korosi.
  • Hilangnya sifat permukaan yang penting secara teknis (konduktivitas listrik, reflektifitas permukaan, kemudahan aliran fluida di permukaan, dll.) dari logam

Mekanisme Korosi

Mekanisme korosi dapat dijelaskan secara kimia/elektrokimia dimana terjadi reaksi reduksi-oksidasi (redoks) antara logam dengan faktor lingkungannya (oksigen dan air). Secara umum, mekanisme terjadinya korosi terdiri dari :

  1. Logam menjadi anoda (kutub muatan positif) dan teroksidasi
  2. Faktor lingkungan menjadi katoda (kutub muatan negatif) dan tereduksi.
  3. Reaksi oksidasi lanjutan yang akan menghasilkan karat berupa senyawa oksida atau karbonat yang berupa hidrat.

Prosesnya, jika terdapat batang besi, Fe(s) yang mengalami kontak dengan air, H2O (l), maka besi akan menjadi anoda dan air atau oksigen di sekitar besi akan menjadi katoda. Pada anoda besi, akan terjadi reaksi oksidasi (reaksi pelepasan elektron), yaitu

Reaksi Pelepasan Elektron

Karena atom besi kehilangan elektron, kerusakan pada besi mulai terjadi (i.e besi menjadi berlubang). Elektron tadi kemudian akan lebih cenderung berpindah ke daerah yang banyak oksigennya, dalam hal ini daerah katoda, dan terjadi reaksi reduksi (penangkapan elektron). Dalam suasana asam, akan terjadi reaksi reduksi membentuk molekul air sebagai berikut

Reaksi Reduksi

Selanjutnya, ion Fe2+ akan terdispersi dalam tetesan air dan bereaksi lebih lanjut dengan O2 dan H2O sebagai reaksi oksidasi lanjutan (pengikatan O2) membentuk karat besi, dengan reaksi kimia sebagai berikut,

Reaksi Oksidasi
Proses Terjadinya Korosi Pada Besi
Gambar 1. Proses terjadinya korosi pada besi (https://www.youtube.com/watch?v=avyLUuE4w3I&t=280s)

Klasifikasi Korosi

Korosi dapat diklasifikasikan dalam beberapa cara seperti korosi suhu rendah dan korosi suhu tinggi. Korosi dapat juga dikategorikan sebagai korosi basah dan korosi kering. Pada pembahasan kali ini, korosi akan diklasifikasikan sebagai korosi seragam (uniform corrosion) dan korosi lokal (local corrosion).

Korosi seragam adalah jenis korosi yang umum terjadi pada permukaan substrat logam. Kegagalan lapisan pelindung atau lapisan penghalang pada struktur logam menghasilkan korosi yang seragam dan menyebabkan penipisan logam sebagai akibat dari reaksi kimia atau elektrokimia yang terjadi pada permukaan logam.

Korosi seragam adalah jenis korosi yang dapat diprediksi, dikendalikan dan dicegah, sehingga sering dianggap sebagai bentuk korosi yang aman. Korosi seragam dapat dilindungi dengan berbagai metode perlindungan seperti perlindungan katodik dan penerapan cat, dan lainnya.

Korosi lokal terjadi di lokasi selektif pada substrat logam. Ini menyebabkan degradasi logam yang parah dibandingkan dengan korosi seragam. Korosi lokal adalah bentuk korosi yang berbahaya karena sulit untuk dideteksi dan biasanya terjadi tanpa peringatan apapun. Tindakan korosi di lokasi lokal tergantung pada berbagai faktor seperti waktu pemaparan, cacat pada lapisan penghalang dan variasi elektrolit, dll. Korosi lokal, dapat diklasifikasikan ke dalam bentuk-bentuk berikut :

Pitting corrosion

Pitting adalah bentuk korosi lokal yang paling merusak. Korosi ini mengakibatkan pembentukan lubang kecil atau rongga di substrat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Pitting terjadi karena runtuhnya lapisan penghalang di hadapan anion agresif. Hal tersebut terjadi di area yang sangat kecil dari permukaan logam sementara permukaan yang tersisa tetap tidak terpengaruh. Daerah pit menjadi anodik dan bagian lainnya menjadi katodik.

Terjadinya pengutuban tadi memulai reaksi galvanik, yang menghasilkan peningkatan pH di dalam lubang. Elektrolit yang diasamkan di dalam lubang ini menghalangi lapisan pasif logam dan meningkatkan penyebaran lubang.
Sangat sulit untuk memprediksi pitting karena ukurannya yang kecil dan terkadang pit dapat ditutupi dengan produk korosi.

Pitting menghasilkan bobot logam menjadi berkurang secara signifikan yang dapat menyebabkan kegagalan total pada struktur. Korosi pitting diyakini menjadi penyebab runtuhnya jembatan US Highway 35 tahun 1967 antara Point Pleasant, WV dan Kanauga, OH, ketika struktur itu tiba-tiba jatuh ke Sungai Ohio.

Pitting corrosion
Gambar 2. Pitting corrosion

Korosi crevice adalah jenis pitting khusus dengan geometri celah, dan umumnya terjadi berdekatan dengan celah atau celah antara dua permukaan logam yang bergabung. Biasanya terjadi pada struktur teknik seperti antara sambungan baut, di bawah flens atau di antara flens, di kepala mur dan paku keling, dll. (lihat Gambar 3). Ukuran celah cukup sempit untuk mempertahankan zona stagnan dan cukup lebar untuk memungkinkan akses cairan.

Inisiasinya tergantung pada berbagai faktor seperti variasi konsentrasi oksigen, pH dan konsentrasi konstituen. Konsentrasi oksigen dan pH cukup tinggi dalam larutan curah dibandingkan dengan di dalam celah, yang meningkatkan sel elektrokimia. Di dalam, oksidasi celah besi terjadi, Fe diubah menjadi Fe2+. Di katoda terjadi reduksi oksigen yang mengakibatkan terbentuknya lapisan pasif Fe(OH)2 pada mulut celah. Setelah inisiasi, mekanisme propagasi sangat mirip dengan mekanisme korosi pitting.

Korosi crevice
Gambar 3. Korosi crevice

Korosi Galvanik

Korosi galvanik terjadi ketika dua pasangan logam yang berbeda bertemu dengan elektrolit atau kondisi korosif. Korosi ini juga dikenal sebagai korosi bimetalik. Kondisi penting untuk terjadinya korosi galvanik adalah dua logam yang berbeda secara elektrokimia harus ada, harus ada kontak listrik di antara keduanya dan kedua logam harus terkena elektrolit.

Faktor pendorong untuk jenis korosi ini adalah adanya perbedaan potensial logam (Gambar 4). Logam, yang lebih aktif atau kurang mulia, bertindak sebagai anoda dan cenderung lebih cepat terkorosi. Namun, substrat, yang kurang aktif atau mulia, bertindak sebagai katoda dan menimbulkan korosi pada tingkat yang lebih lambat.

Elektrolit menyediakan sarana transfer ion dari anoda ke katoda. Sebagian besar korosi bimetalik terjadi di lingkungan laut karena efektivitas air asin sebagai elektrolit. Contoh umum korosi galvanik adalah korosi galvanik pada badan kapal yang bersentuhan dengan baling-baling perunggu atau kuningan; di penukar panas antara tube dan tube sheet; cacat pada lapisan tembaga pada permukaan baja yang dilapisi tembaga; pipa baja dengan fitting kuningan, dll.

Korosi galvanik
Gambar 4. Korosi galvanik

Erosion corrosion

Korosi erosi adalah efek gabungan dari korosi atau erosi yang terjadi karena pergerakan relatif antara permukaan fluida dan substrat logam. Jenis korosi ini terutama terjadi pada pipa, alasan utama kerusakan adalah turbulensi fluida. Laju korosi erosi tergantung pada kecepatan dan kondisi fisik fluida. Efek gabungan dari korosi dan erosi menyebabkan pitting agresif di substrat.

Kehadiran partikel abrasif dalam cairan menyebabkan penipisan lapisan luar karena gerakan relatif padatan terhadap permukaan. Kavitasi merupakan kasus khusus korosi erosi yang disebabkan oleh runtuhnya gelembung uap dalam cairan yang bersentuhan dengan permukaan logam.

Korosi Intergranular

Korosi intergranular adalah bentuk khusus dari korosi terjadi pada batas butir atau daerah di sebelah batasnya. Korosi ini juga dikenal sebagai serangan intergranular atau korosi interdendritik. Alasan utama untuk korosi intergranular adalah pembentukan endapan dan segregasi di wilayah batas butir tertentu. Adanya endapan dan segregat membuat batas butir secara fisik dan kimia berbeda dengan butir aslinya sehingga menyebabkan disolusi selektif batas butir atau daerah yang dekat dengan batas butir.

Korosi intergranular umumnya terbatas pada area yang sangat kecil, tetapi dalam beberapa kasus, butiran lengkap akan copot karena penghancuran total batas. Hal ini sangat mempengaruhi sifat mekanik substrat logam. Contoh korosi intergranular yang terkenal adalah sensitisasi baja tahan karat atau peluruhan las.

Dalam hal ini, kromium mendapatkan endapan pada batas butir yang menyebabkan penipisan konsentrasi Cr di daerah di sebelah endapan ini, membuat daerah ini rentan terhadap serangan korosif. Identifikasi korosi ini biasanya dilakukan dengan pemeriksaan mikroskopis, tetapi dalam beberapa kasus bahkan terlihat dengan mata telanjang.

Penipisan kromium pada logam stainless steel bisa menghasilkan korosi intergranular. Jika kromium dalam baja kurang dari 10%, maka ketahanan korosi akan berkurang. Biasanya, SS 304 mengandung 0,06 hingga 0,08% karbon sehingga karbon bereaksi dengan kromium yang mengarah pada pembentukan kromium karbida seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.

Fenomena ini diamati ketika baja dipanaskan dalam kisaran suhu sensitisasi (950–1450 F). Jika logam dipotong melintang dan diperiksa dengan Scanning Electron Microscope (SEM), area CrC3 yang terkorosi akan diamati sebagai parit sempit yang dalam.

Intergranular corrosion
Gambar 5. Intergranular corrosion

Stress corrosion cracking

Stress corrosion cracking (SCC) muncul karena efek gabungan dari tegangan tarik dan lingkungan yang korosif. Baik tegangan eksternal atau tegangan sisa di dalam material juga dapat menyebabkan terjadinya Stress corrosion cracking. SCC biasanya terjadi di daerah dengan tekanan tinggi, bejana tekan, pipa dan reaktor yang terkubur di bawah bumi.

Pitting umumnya dikaitkan dengan fenomena SCC. Aluminium dan baja merupakan dua logam yang lebih rentan terhadap SCC. SCC dalam pipa dimulai ketika retakan kecil berkembang di permukaan luar pipa yang terkubur.

Fatigue corrosion muncul karena efek simultan dari tekanan siklik dan lingkungan korosif. Efek kolektif dari kedua proses ini jauh lebih berbahaya daripada sendirian. Fatigue corrosion umumnya terjadi pada lubang, cacat permukaan atau penyimpangan.

Fatigue corrosion mirip dengan SCC dalam banyak hal, kecuali dapat terjadi di lingkungan apa pun. Pada korosi fatik, propagasi trans-granular umumnya teramati dan tidak menunjukkan propagasi bercabang seperti yang diamati pada SCC, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 6.

Fatigue corrosion dan SCC
Gambar 6. Fatigue corrosion dan SCC

Baca juga : Metode Uji Komposisi Kimia

Macam Macam Pengujian Korosi

Dalam pengujian korosi terdapat beberapa metode, berikut ini detailnya.

1. Weight loss methode

Metode penurunan berat dapat diterapkan untuk studi korosi jika spesimen berukuran sama dan telah diuji untuk rentang waktu yang sama. Metode kehilangan berat dinyatakan sebagai kehilangan berat per satuan luas atau per satuan luas per satuan waktu. Jika densitas logam diketahui, kehilangan ketebalan logam per satuan waktu dapat dihitung. Laju Korosi dalam mm/tahun juga dapat dihitung dengan metode penurunan berat sebagai berikut:

Cara Menghitung Laju Korosi

2. Salt spray test

Pengujian semprotan garam adalah Pengujian korosi yang dipercepat yang menghasilkan serangan korosif pada sampel yang dilapisi untuk mengevaluasi lapisan (coating) yang digunakan sebagai lapisan pelindung. Munculnya produk korosi seperti karat dievaluasi setelah jangka waktu yang ditentukan sebelumnya.

Durasi pengujian korosi tipe ini tergantung pada ketahanan korosi lapisan; umumnya, semakin tahan korosi lapisan, semakin lama periode pengujian sebelum munculnya korosi/karat. Uji semprotan garam adalah salah satu pengujian korosi paling luas dan sudah lama dilakukan. ASTM B117 adalah standar semprotan garam pertama yang diakui secara internasional, awalnya diterbitkan pada tahun 1939.

Peralatan yang diperlukan untuk paparan semprotan garam (kabut) terdiri dari ruang kabut, salt spray chamber, pasokan udara bertekanan yang sesuai, satu atau lebih nozel atomisasi , penyangga spesimen, perlengkapan untuk memanaskan ruang dan sarana kontrol lain yang diperlukan. Salt spray chamber terbuat dari bahan yang tahan terhadap korosi dengan menggunakan larutan yang disemprotkan. Foto salt spray chamber ditunjukkan pada Gambar 7.

salt spray chamber
Gambar 7. Salt spray chamber

3. Surface studies

Studi permukaan meliputi analisis permukaan logam sebelum dan sesudah terpapar lingkungan korosif agresif untuk memperkirakan laju dan mekanisme korosi. Teknik seperti difraksi sinar-X, SEM dan Transmission Electron Microscope digunakan untuk mempelajari struktur dan komposisi kimia produk korosi yang terbentuk pada permukaan logam.

Jika Anda berkonsultasi tentang Korosi atau ingin memerlukan jasa uji korosi, Anda dapat menghubungi kami melalui nomor berikut 085230666608.

Referensi :

  • Dhawan, S. K., Bhandari, H., Ruhi, G., Bisht, B. M. S., & Sambyal, P. (2020). Corrosion Preventive Materials and Corrosion Testing. CRC Press.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *