Banyak logam yang rentan terhadap korosi saat terkena udara dan air. Korosi dapat menyebabkan tekanan logam dan kegagalan bagian, sehingga ahli metalurgi mencari cara untuk mengalahkannya. Salah satu metode tersebut adalah pasivasi logam, metode yang kurang dikenal untuk pemeriksaan korosi pada permukaan yang menggunakan lapisan kimia tipis sebagai segel. Pasif dapat terjadi secara alami atau didorong oleh proses manufaktur.
Korosi logam terjadi ketika molekul paduan logam aktif bereaksi di lingkungan mereka untuk menjadi lebih stabil secara elektrokimia. Oksida, hidroksida, dan sulfida adalah senyawa utama korosi. Paparan sederhana dapat menyebabkan reaksi, seperti karat besi di air dan udara. Proses elektrokimia juga dapat menyebabkan reaksi, seperti korosi galvanik antara nikel dan kadmium dalam baterai.
Ada logam yang tahan korosi. Logam mulia seperti emas, perak, dan platinum secara kimiawi stabil dalam banyak kondisi. Logam mulia tidak tahan terhadap korosi, tetapi prosesnya terjadi secara perlahan, atau dengan molekul yang kurang umum. Misalnya, noda hitam tebal perak biasanya disebabkan oleh hidrogen sulfida daripada oksigen dan air. Ahli metalurgi memeriksa potensi aktif logam menggunakan skala galvanik atau indeks anodik. Mereka yang berada di dekat bagian atas tidak terlalu rentan terhadap korosi.
Logam "aktif", atau yang lebih dekat ke bagian bawah skala, secara kimiawi kurang stabil, dan karena itu lebih rentan bereaksi dengan elemen lain di lingkungan. Untuk mencegah hal ini, proses aktif atau pasif digunakan untuk mengurangi korosi. Proses ini umumnya bekerja dengan "menyegel" logam dengan lapisan atas, mencegah udara dan air mencapai logam di bawahnya. Lapisannya bisa dibuat oleh manusia:cat, powder coating, dan minyak semuanya adalah sealant yang umum. Namun, jika tergores, korosi akan menyelinap masuk.
Pilihan lain yang digunakan untuk menyegel logam adalah bahan kimia, di mana reaksi kimia digunakan sebagai pengganti bahan buatan. Salah satu proses kimia adalah pasif.
Pasif, umumnya terkait dengan baja tahan karat, adalah metode perawatan untuk melindungi logam dari korosi—membuat material menjadi "pasif" terhadap lingkungan sekitar. Pasif, mungkin berlawanan dengan intuisi, mendorong terjadinya korosi pada permukaan, menciptakan lapisan tipis bahan kimia baru yang non-reaktif. Lapisan atas ini tetap terikat erat pada logam, menciptakan segel alami yang menghalangi elemen dari korosi lapisan logam berikutnya. Sebuah logam dipasifkan ketika setiap permukaan ditutupi dengan lapisan korosi yang terikat erat. Lapisan ini dapat terbentuk secara alami (pasif) dari waktu ke waktu, tetapi produsen juga dapat secara aktif mendorongnya.
Pasif ditemukan oleh para ilmuwan yang melakukan eksperimen elektrokimia, tetapi mereka tidak segera menyadari kegunaan proses untuk penggunaan umum. Pada tahun 1790, ahli kimia James Keir mengamati bahwa rendaman asam nitrat yang kuat tidak menimbulkan korosi pada besi. Dia mencatat bahwa ketika larutan yang sama diencerkan dengan air, besi segera terkorosi, menciptakan larutan air berwarna coklat tua yang menggelegak. Pada tahun 1836, ahli kimia Swiss Christian Friedrich Schönbein menentukan eksperimen lebih lanjut. Dia menunjukkan bahwa sepotong besi yang direndam dalam asam nitrat lemah larut dan menghasilkan hidrogen, seperti yang dicatat Keir. Namun jika besi pertama kali dicelupkan ke dalam asam kuat, maka besi itu dapat menahan asam encer. Unsur korosif air tampaknya tertahan, setidaknya untuk sementara waktu.
Michael Faraday, ahli elektrokimia Inggris, adalah orang pertama yang menjelaskan alasannya. Dia berhipotesis kepada Schönbein bahwa kulit oksida yang dibuat oleh asam kuat dapat menyebabkan kondisi pasif. Saat ahli kimia dan metalurgi mengeksplorasi gagasan "kulit" kimia, mereka mencari teknik untuk memproduksi atau meningkatkan pasivasi, dan paduan yang akan membuat segel pasif secara organik.
Karena logam terpapar ke lingkungan sekitar, jika dibiarkan tidak terhalang oleh cat atau lapisan bubuk, mereka akan menimbulkan korosi secara alami, menciptakan kulit, atau lapisan segel. Kebanyakan film pasif terbuat dari oksida, kombinasi logam dan oksigen, sehingga disebut lapisan oksida pasif.
Salah satu manfaat terbesar dari lapisan oksida pasif adalah ketika mereka muncul secara alami, mereka juga akan "sembuh" secara alami jika permukaan logam tergores atau rusak, karena lapisan molekul berikutnya akan terikat dengan elemen lingkungan.
Efektivitas lapisan oksida pasif tergantung pada jenis elemen yang terlibat. Tidak semua lapisan oksida bersifat protektif:Jika oksida cukup berpori untuk dilewati oksigen, maka tidak akan ada segel yang terbentuk, dan logam di bawahnya akan terus menimbulkan korosi. Misalnya, magnesium oksida membentuk lapisan dengan porositas permukaan tinggi yang tidak menghentikan korosi. Molekul oksigen masih mengalir dan bereaksi dengan magnesium di bawahnya.
Demikian juga, unsur-unsur di lingkungan sekitarnya juga penting. Baja tahan karat, misalnya, dapat ditentang oleh endapan garam atau besi. Jika keseluruhan kimia permukaan tidak lagi pasif secara alami, karat akan muncul.
Untuk beberapa paduan, pasivasi alami bisa memakan waktu lama; untuk yang lain, itu bisa berkembang tidak merata, dengan variasi butiran logam atau dengan adanya endapan permukaan. Ahli metalurgi menciptakan metode pasif aktif untuk mempercepat dan menstandardisasi proses untuk membuat produk yang dapat langsung digunakan.
Gun "blueing" adalah contoh awal dari pasivasi paksa melalui sarana manufaktur kimia. Salah satu oksida besi adalah magnetit, oksida hitam (Fe3O4), dan oksida ini tidak mengelupas seperti karat (Fe3O3). Beberapa proses kimia dapat digunakan untuk membuat oksida hitam ini menggunakan panas dan larutan kaustik. Namun, meskipun kebiruan melindungi dari korosi, lapisan yang rusak tidak "sembuh" dalam kondisi normal. Oleh karena itu, Bluing adalah sealant buatan yang membutuhkan perawatan dan perawatan.
Saat ini, perawatan pasif aktif yang umum memiliki beberapa langkah:
Baja tahan karat adalah logam tangguh yang memiliki ketahanan korosi melalui pasivasi alami. Sejak penemuannya pada tahun 1913, banyak industri bergantung pada logam. Namun, tidak dijamin bebas karat.
Baja tahan karat, seperti baja lainnya, terutama terbuat dari besi dan karbon. Penambahan revolusioner untuk paduan adalah kromium. Kromium, terkena udara, dengan cepat membentuk lapisan oksida pasif yang menyegel besi dan melindunginya. Berbagai tingkat baja tahan karat mengandung logam pendukung yang berbeda:molibdenum, silikon, dan konstituen lainnya semuanya memberikan dukungan pasif untuk aplikasi yang berbeda. Beberapa nilai lebih unggul dalam mengelola panas, yang lain dalam menahan korosi karena garam:campuran kimia dari paduan mengubah perilakunya dalam kondisi yang berbeda. Endapan besi, panas, kontak dengan logam lain, garam, dan asam semuanya dapat menantang lapisan oksida.
Aluminium adalah logam lain yang pasif secara alami. Aluminium oksida terbentuk pada sebagian besar (walaupun tidak semua) paduan aluminium saat terkena udara, membuat permukaan menjadi pelindung diri. Aluminium oksida dapat ditantang oleh garam, tekanan elektrokimia, atau uap air yang terperangkap. Dengan baja tahan karat dan aluminium, proses manufaktur digunakan untuk membantu mendukung pembuatan lapisan pasif dengan ketebalan atau keseragaman yang lebih besar daripada yang mungkin terjadi secara alami.
Baja tahan karat dan aluminium keduanya merupakan bahan yang dapat mempasif sendiri, tetapi tidak tahan terhadap korosi. Penyimpangan dalam biji-bijian, yang disebabkan oleh manufaktur atau perlakuan panas, dapat menyebabkan kelemahan. Deposit permukaan minyak atau bahan kimia lainnya juga dapat mengganggu film pasif. Untuk memastikan kualitas mutu baja tahan karat dan aluminium, sekarang ada proses dan pengujian pasivasi standar.
Spesifikasi ASTM A380 dan A967 menetapkan standar dan prosedur pengujian kualitas untuk pasivasi baja tahan karat menggunakan asam nitrat, asam sitrat, atau dengan cara listrik.
Kromium kadang-kadang digunakan untuk mempasifkan bahan lain, tetapi sering kali melalui aplikasi daripada dimasukkan ke dalam paduan. Sebuah proses yang disebut konversi kromium digunakan untuk aluminium dan logam lainnya, seperti seng dan nikel. Dalam teknik ini, gel kromium dicat ke permukaan logam. Bahan kimia tersebut mengikat permukaan logam, menciptakan lapisan pasif yang menunjukkan ketahanan korosi yang tinggi. Goresan ke pasivasi konversi kromium akan mengalami proses penyembuhan diri. Kromium di sekitar goresan bergerak untuk mengikat dan menciptakan kembali lapisan pasif. Namun, goresan tersebut harus berukuran cukup kecil sehingga memungkinkan dengan krom di sekitarnya.
Pasifasi baja adalah proses yang menggunakan penangas asam untuk meninggalkan lapisan oksida. Pengawetan adalah perawatan penangas asam lainnya, tetapi memiliki tujuan yang berlawanan:pengawetan menggunakan asam untuk membersihkan oksida dari permukaan logam.
Ketika oksida melapisi permukaan logam, item menjadi lebih menantang untuk dikerjakan. Oksida menyebabkan tekanan yang lebih besar pada alat bit dan dapat mengalahkan upaya untuk menutup permukaan dengan cat atau lapisan bubuk. Pengawetan menghilangkan semua oksida, termasuk yang bekerja sebagai lapisan pasif. Baja dan besi biasanya diasamkan.
Dalam produksi bagian logam, bagian tersebut mungkin diasamkan, dikerjakan dengan mesin, dan kemudian dipasifkan.
Electropolishing adalah langkah finishing logam yang menghilangkan dan menghaluskan, meninggalkan permukaan bersih yang berkilau. Ini dapat digunakan pada banyak logam, termasuk yang tidak dianjurkan untuk dipasifkan, seperti tembaga. Pada logam pasif, permukaan yang halus dapat menciptakan lapisan pasif yang kokoh dan tidak terputus.
Sebuah benda yang akan dipoles listrik diberi muatan positif dan dicelupkan ke dalam bak elektrolit. Katoda sekitarnya menarik molekul permukaan dari objek, mencukur lapisan atasnya. Tonjolan bergerigi adalah yang pertama ditarik. Pada tingkat makroskopis dan mikroskopis, logam yang dipoles dengan elektro memiliki sedikit penyimpangan atau celah.
Saat elektropolish baja tahan karat, besi lebih disukai dihilangkan, meninggalkan lebih banyak kromium di permukaan. Permukaan halus tanpa gangguan yang bebas dari besi secara alami mendorong lapisan pasif yang kokoh pada baja tahan karat.
Pasif tidak selalu merupakan solusi ideal; masalah potensial mencakup berbagai variabel. Jenis logam tertentu tidak dapat dipasifkan, karena serpihan logam saat terkorosi. Jika logam secara struktural mampu pasif, hal-hal yang masih bisa salah selama proses mandi asam. Di sisi lain, bahkan logam yang dipasifkan dengan sempurna mungkin tidak dapat digunakan di industri tertentu—bahan kimia dapat menyebabkan masalah dalam aplikasi elektrokimia.
Oksida logam dapat memiliki struktur kristal yang lebih besar daripada molekul logam penyusunnya. Misalnya, oksida besi (III), produk sampingan korosi merah yang lebih dikenal sebagai karat, memiliki struktur yang lebih besar, dan oleh karena itu luas permukaannya lebih besar, daripada unsur besi yang memproduksinya. Area permukaan yang lebih besar ini memaksa oksida untuk terangkat dari permukaan logam di bawahnya, menyebabkan gelembung dan pengelupasan. Pemisahan oksida dari logam mengekspos lapisan berikutnya ke udara dan kelembaban, dan siklus berlanjut, memakan permukaan.
Dalam situasi di mana oksida, hidroksida, atau sulfida memiliki luas permukaan yang lebih besar daripada logam asalnya, tidak ada lapisan pasif yang terbentuk.
Kadang-kadang, produsen akan menemukan bahwa dalam kumpulan barang pasif, satu atau lebih menjadi hitam dan mulai mengetsa bahkan dalam penangas asam nitrat yang kuat. Keadaan aktif ini dikenal sebagai "serangan flash." Ini bisa sangat membingungkan, karena terkadang bisa menyerang beberapa item tetapi membiarkan yang lain di keranjang yang sama saja.
Alasan serangan flash berkaitan dengan konsistensi bahan kimia yang terlibat dalam pembuatan film pasif. Jika rendaman asam nitrat telah digunakan untuk waktu yang lama, mungkin garam atau air terakumulasi. Bagian-bagian itu sendiri sering menjadi masalah:mungkin ada sisa oli pada bagian-bagian mesin, atau perlakuan panas atau kontrol panas selama pemesinan mungkin telah mengubah struktur molekul bagian secara tidak merata. Mungkin juga ada inklusi atau inkonsistensi dalam paduan itu sendiri.
Ada kalanya pasif dapat menyebabkan masalah untuk berfungsinya bagian logam dengan benar.
Perawatan elektrokimia sering membutuhkan katoda dan anoda logam untuk mengalirkan arus listrik melalui larutan. Sistem ini dapat mendorong pembentukan oksida yang menempel di luar katoda. Saat katoda menjadi kotor dengan oksida, sistem menjadi kurang efektif.
Dalam sistem ini, pasivasi adalah masalah. Beralih polaritas terkadang menyelesaikan masalah. Pulsa berlawanan listrik memungkinkan oksida jatuh dari katoda. Lumpur oksida atau terak dapat terlepas dan tidak mengganggu aktivitas elektrokimia proses.
Banyak logam bereaksi dengan lingkungan menghasilkan oksida, hidroksida, atau sulfida. Produk korosi ini muncul dengan cara yang sama tetapi memiliki sifat yang berbeda.
Noda perak, yang muncul perlahan saat perak bergabung dengan sulfida di udara, bekerja sebagai lapisan pasif. Ini menumpulkan permukaan logam, dan sering dipoles. Sebagai perbandingan, patina hijau tembaga, atau verdigris, sering kali merupakan hadiah estetika untuk kedalaman dan rentang warna hijau yang dihasilkannya. Verdigris adalah campuran karbonat, sulfida, sulfat, dan klorida, yang dibuat oleh tembaga yang bereaksi terhadap hujan asam atau karbon dioksida. Karat, oksida besi yang paling umum, menghasilkan pigmen oranye atau merah bata. Tidak seperti verdigris, itu harus dikontrol dengan hati-hati agar permukaan yang menggelegak tidak memungkinkan baja di bawahnya berkarat.
Lapisan pasif menyegel dan melindungi benda logam dari oksidasi lebih lanjut. Dengan lapisan pasif berbasis kromium, seperti pada baja tahan karat, film ini seringkali cukup tipis sehingga tidak mengubah tampilan permukaan atau fungsi logam. Pasifasi tipis seringkali hanya mengubah logam dalam pengaturan yang sangat spesifik—seperti pengelasan, permesinan, atau dalam sistem elektrokimia. Manfaat terbesar yang diberikan oleh logam self-passivating adalah kemampuan untuk "menyembuhkan diri sendiri." Untuk perlindungan korosi yang maksimal, gabungkan logam yang dapat bergerak sendiri dengan sealant yang diaplikasikan seperti oli, powder coating, atau cat.
Logam
Pengantar produksi dan sifat paduan baja Menurut Asosiasi Baja Dunia, 1869,9 juta ton baja diproduksi pada tahun 2019. Ini mewakili peningkatan 3,4% dalam output dari 2018 dan lebih dari dua kali lipat output pada 1999. Dunia memiliki kebutuhan baja yang terus meningkat. Ini digunakan dalam konstr
Menentukan baja untuk pembuatan di luar negeri Saat memproduksi di luar negeri, desainer Amerika Utara mungkin perlu menavigasi perbedaan dalam bahasa lisan. Spesifikasi teknik juga merupakan bahasa, dan spesifikasi standar untuk material dan proses didefinisikan secara berbeda di setiap negara di
Korosi Lubang vs. Korosi Celah:Mengidentifikasi Perbedaannya Korosi—kerusakan bahan rekayasa oleh interaksi kimia dengan lingkungannya—merupakan masalah yang sangat mahal. Kerusakan pada korosi yang tidak terkendali pada sistem tubing adalah penyebab utama hilangnya keuntungan untuk aplikasi lepas
Perakit logam khusus bekerja dengan beberapa jenis industri pada berbagai aplikasi menggunakan berbagai jenis logam. Kekuatan, konduktivitas, fleksibilitas, dan ketahanan terhadap korosi adalah semua sifat yang disukai. Melalui berbagai prosedur fabrikasi dalam permesinan, pemotongan, dan pengelasan
