STUDI KOROSIVITAS DAN MORFOLOGI PERMUKAAN BAJA KARBON API 5L GR-B YANG DILAPISI POLIMER HIBRID

Resume Jurnal Nasional

(Vol. 17, No. 2,April 2014,hal 61-66)

STUDI KOROSIVITAS DAN MORFOLOGI PERMUKAAN BAJA KARBON API 5L  GR-B YANG DILAPISI POLIMER HIBRID PADA LINGKUNGAN AIR LAUT DAN GAS S PADA KONDISI JENUH

Dinar Setiawidiani, Tuti Susilawati, Sri Suryaningsih, dan Hardoyo Harjo

(Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Padjajaran)

Pendahuluan

Baja karbon banyak digunakan untuk pipa penyalur dalam industri migas,konstruksi jembatan dan sebagainya, hal tersebut berkaitan dengan harga pada baja karbon jauh lebih murah dibandingkan baja modifikasi tahan korosi. Korosi merupakan masalah penting karena penanggulangan korosi membutuhkan biaya cukup besar.

Sumur produksi pada industri migas, saluran pipa buangan, maupun hasil pengolahan mengeluarkan gas S dan  dalam jumlah relatif besar dan bersifat korosif. Selain itu pipa transmisi pada industri migas digunakan pada lingkungan air laut, dimana air laut dapat mempercepat korosi.

Dalam menghambat laju korosi pada baja karbon, dapat digunakan inhibitor atau pelapisan (coating) biasa. Proteksi korosi melalui coating yang banyak dipakai antara lain bahan organik seperti polietilen,alkanethiol, dan sebagainya, namun proteksi korosi dengan bahan organik kurang memberikan hasil yang optimal yang cenderung mengalami keretakan akibat tegangan.

Agar didapatkan proteksi korosi yang optimal dapat menggunakan polimer hibrid anorganik-organik yang merupakan gabungan (komposit) dari dua bahan dalam skala molekul (organik dan anorganik)  yang memiliki sifat unggul antara lain kemudahan dalam pembuatan, kemudahan pemrosesan, fleksibilitas,sifat fungsional,sifat mekanik yang baik,stabilitas lingkungan dan termal yang tinggi.

Tujuan penelitian adalah untuk uji proteksi korosi baja karbon API 5L GR-B menggunakan polimer hibrid anorganik-organik di lingkungan campuran air laut,gas S, kondisi jenuh .

Metode Penelitian

Pembuatan polimer hibrid terdapat dua tahapan, yaitu polimerisasi bagian anorganik dengan metoda sol-gel dan polimerisasi bagian organik dengan fotopolimerisasi.

 Prekursor polimer hibrid yang dilakukan dengan proses sol-gel menggunakan monomer TMSPMA yang memiliki tiga gugus fungsional  yang terikat pada atom Si.Pada proses sintesisnya, monomer TMSPMA  dilarutkan ke dalam pelarut etanol, ditambahkan akuades, dan diaduk engan magnetic stirrer  dengan suhu 60. Perbandingan jumlah monomer,akuades,dan etanol adalah 3:1:2.

Prekursor polimer hibrid selanjutnya diencerkan dan ditambahkan inisiator dengan konsentrasi 1% dari berat prekursor. Penambahan inisiator bertujuan untuk inisiasi polimerisasi bagian organik.Deposisi dilakukan dengan teknik spin coating yaitu dengan meneteskan larutan prekursor diatas baja karbon API 5L GR-B dan diputar dengan kecepatan 250 rpm selama 20 detik.Setelah elektroda baja karbon terlapisi prekursor pre-bake untuk meningkatkan daya lekat dan homogenitas film pad permukaan elektroda baja karbon,kemudian proses fotopolimerisasi dalam chamber dengan dialiri gas nitrogen menggunakan sinar uv kemudian dilakukan proses post-bake.

Pengujian laju korosi dilakukan menggunakan metode polarisasi potensiodinamik menggunakan tiga elektoda yaitu elektoda kerja berupa baja karbon yang dilapisi polimer hibrid,elektroda bantu berupa platina, dan elektroda acuan berupa kalomel jenuh. Larutan uji menggunakan air laut dan campuran air laut dengan S yang di bubbling gas  kemudian diaduk dengan magnetic stirrer. Laju korosi diukur pada suhu kritis 75 C dengan durasi pemaparan 1 jam. Ketiga elektroda beserta termometer direndam pada larutan uji dengan jarak antara elektroda kerja dan elektroda bantu yaitu 1 cm, sedangkan elektroda pembanding berada pada permukaan elektroda kerja dan elektroda bantu, ketiga elektroda dihubungkan dengan potensiostat tipe voltalab PGZ 310 dengan bantuan software voltamaster 4 pada PC, sehingga diperoleh  kurva polarisasi. Ekstrapolasi kurva dengan metoe tafel diperlukan beberapa besaran listrik terkait proses korosi baja karbon yaitu potensial korosi (), tahanan polarisasi (),kemiringan Tafel anodik (), Tafel katodik (),rapat arus korosi (),dan tetapan Stearn-Geary (B) maka diperoleh persamaan:

 =   =

Laju Korosi (r) dengan satuan mm per tahun menggunakan massa ekuivalen logam  dan densinitas , sehinggan :

 r  = 3,27  

Untukmengetahui morfologi permukaan baja pada saat sebelum dan sesudah perlakuan uji korosi baik yang tidak dilapisi polimer hibrid ataupun telah dilapisi polimer hibrid dianalisis menggunakan piranti Scanning Electron Microscope (SEM).

Hasil dan Pembahasan   

Prekursor poli (TMSPMA) yang telah dibuat metode sol-gel,menunjukkan bahwa bagian anorganik telah terpolimerisasi  dengan massa prekursor sebanyak 2 gram, dan massa fotoinisiator sebanyak 0,02 gram.

 Prekursor poli (TMSPMA) dilapiskan pada baja karbon dengan metode solution casting,kemudian dilakukan proses pre-bake dengan memanaskan film tipis pada permukaan elektroda baja karbon diatas hot plate selama 10 menit. Setelah itu dilakukan fotopolimerisasi selama 10 menit untuk polimerisasi bagian organik dengan bantuan sinar UV  yang diletakkan 20 cm diatas chamber dengan dialiri gas nitrogen. Setelah dipastikan prekursor melekat dengan baik, dilakukan post-bake yang dilakukan di dalam oven vakum dengan suhu 60 dalam waktu 18 jam. Hasil yang didapat yaitu poli (TMSPMA) pada permukaan baja karbon melekat dengan baik dan tidak ada crack,kemudian disimpan dalam desikator.

Tahap selanjutnya berupa pengujian korosi baja karbon baik yang tidak dilapisi maupun dilapisi poli (TMSPMA) dijadikan sebagai elektroda kerja yang dimasukkan ke dalam larutan uji air laut dan campuran air laut, gas S, kondisi jenuh  yang telah ditentukan kondisi kritis meliputi suhu kritis 75C dengan pemaparan kritis 1 jam.

Sebelum pengukuran laju korosi maka dilakukan terlebih dahulu pemantapan antaraksi antarmuka menggunakan OCP (Open Circut Potential) hingga akhirnya dilakukan pengukuran potential linear V untuk memperoleh kurva Tafel. Nilai OCP menunjukkan tercapainya keadaan mantap dan daerah potensial baja karbon.

Hasil pengujian berupa grafik tafel yang terdapat kurva polarisasi menggambarkan hubungan antara potensial () sebagai fungsi log arus (). Arus korosi menunjukkan jumlah ion-ion logam yang larut dalam larutan elektrolit yang mengakibatkan logam berada pada kondisi tidak stabil serta kerusakan pada bagian permukaannya karena bereaksi dengan lingkungan.

Didapatkan data yaitu pada lingkungan campuran air laut, gas S, dan jenuh  terjadi penggerseran potensial korosi ke arah lebih negatif yaitu -761,7 mV untuk baja karbon dilapisi poli (TMSPMA) dan -750,8 mV untuk baja karbon blanko, hal tersebut menunjukkan tingkat energi logam bertambah.

Tahanan polarisasi poli (TMSPMA) yang dilapiskan pada baja karbon meningkat dibandingkan dengan baja karbon blanko  pada larutan campuran air laut,gas S,dan jenuh  dengan nilai tahan polarisasi baja karbon blanko sebesar 158,83 Ohm  dan baja karbon yang dilapisi poli (TMSPMA) sebesar  200,37 Ohm  . Hal tersebut disebabkan zona serangan pernukaann baja karbon makin sempit berdampak pada nilai laju korosi.

Laju korosi  di lingkungan air laut untuk baja karbon blanko yaitu 1,096 mm/th dan baja karbon yang dilapisi poli (TMSPMA) sebesar 0,111 mm/th, sedangkan laju korosi di lingkungan campuran air laut, gas S,dan jenuh untuk baja karbon blanko yaitu 1,643 mm/th dan baja karbon dilapisi poli (TMSPMA) sebesar 0,903 mm/th. Adanya penurunan laju korosi pada baja karbon yang dilapisi poli (TMSPMA) di lingkungan air laut murni maupun campuran air laut, gas S,dan jenuh . Hal tersebut dikarenakan adanya lapisan yang menghalangi serangan korosi pada permukaan baja karbon sehingga konduktivitas larutan menurun akibat dari peningkatan tahanan polarisasi.

 Faktor pH merupakan salah satu penyebab peningkatan laju korosi pada lingkungan campuran air laut, gas S,dan jenuh  memiliki pH 5,71 yang termasuk asam,sedangkan lingkungan air laut murni memiliki pH 8,68 yang termasuk basa . Hal tersebut disebabkan larutan yang bersifat asam menyebabkab reaksi elektrokimia antara logam dan larutan menjadi semakin besar sehingga mengganggu lapisan film tipis poli (TMSPMA) pada permukaan logam baja karbon.

Efisiensi proteksi korosi dari polimer hibrid dapat ditentukan dengan membandingkan nilai rapat arus korosi baja karbon blanko dab baja karbon dilapisi poli (TMSPMA) .Efisiensi proteksi korosi polimer hibrid pada baja karbon lebih besar pada lingkungan air laut murni yaitu 89,86 % dibandingkan lingkungan campuran air laut, gas S,dan jenuh  yaitu 45,05 %. Hal tersebut dikarenakan untuk lingkungan campuran air laut, gas S,dan jenuh  membentuk asam yang dapat mengganggu lapisan film tipis yang berfungsi sebagai proteksi korosi pada permukaan baja karbon.

Simpulan.

Baja karbon yang dilapisi (TMSPMA) memberikan laju korosi yang rendah dibandingkan tidak dilapisi dengan efisiensi mencapai 45,05%. Berdasarkan ketahanan korosi relatif baja karbon yang dilapisi polimer hibrid poli (TMSPMA) menunjukkan tingkay proteksi yang kuarang baik sehingga belum dapat digunakan sebagai bahan coating. Hal ini didukung oleh profil SEM permukaan baja karbon setelah uji korosi untuk yang tidak dilapis dan yang dilapisi poli (TMSPMA) ada perbedaan kerusakan yang diakibatkan oleh proses pelapisan pada permukaan baja karbon yang kurang merata.