Pengertian dan Proses Elektroplating Lengkap

PENGERTIAN PROSES ELEKTROPLATING

a. Prinsip Dasar Elektroplating

    Menurut Sugiyarta et al. (2012) pelapisan logam merupakan metode yang digunakan untuk memberikan sifat tertentu pada permukaan di mana diharapkan benda tersebut akan mengalami perbaikan maupun ketahanan yang lebih baik dari sifat aslinya. Pelapisan logam ada banyak jenisnya, salah satunya adalah elektroplating. Elektroplating atau yang sering disebut electrodeposition merupakan proses melapisi logam menggunakan logam lain dengan cara mencelupkan sebuah benda yang akan dilapisi dalam suatu larutan elektrolit yang dialiri arus searah melalui elektroda. Dengan menggunakan proses elektroplating kualitas logam pelapis juga akan dimiliki oleh materi yang akan dilapis. Menurut Sheehy et al. (1984) elektroplating dilakukan pada suatu logam untuk beberapa tujuan yaitu meningkatkan kekerasan permukaan, wear resistance, mengingkatkan ketahanan aus dan korosi, memperbaiki permukaan, dan memperbaiki keausan. Logam yang akan dilapisi dapat berupa baja, stainless steel, aluminium, nikel, alloy dan lain sebagainya. Elektroplating telah diterapkan di berbagai industri antara lain otomotif, konstruksi, peralatan listrik, sanitasi, pengepakan, dan lain sebagainya. 

    Menurut Sutomo et al. (2010:14) proses elektroplating melibatkan beberapa komponen di antaranya arus listrik, elektroda (anoda dan katoda), larutan elektrolit, dan benda kerja. Keempat komponen ini disusun sedemikian rupa membentuk rangkaian sistem proses elektroplating (Gambar 9). Anoda dihubungkan pada kutub positif dan katoda dihubungkan pada kutub negatif. Keduanya direndam dalam suatu larutan elektrolit.

    

    Aliran arus bermuatan positif terjadi dari anoda menuju ke katoda. Sedangkan aliran elektron atau muatan negatif mengalir dengan arah yang sebaliknya, dari katoda menuju ke anoda. Proses pengendapan terjadi pada benda kerja yang berlaku sebagai katoda. Karakteristik hasil endapan tergantung pada banyak faktor seperti temperatur, rapat arus, waktu, dan komposisi larutan. Variabel-variabel tersebut dapat diatur sesuai kebutuhan untuk menghasilkan lapisan tebal atau tipis, kusam atau cerah, lunak atau keras, dan ulet atau getas (Fontana, 1986). 

b. Tahapan dalam Proses Elektroplating 

    Menurut Hartomo & Kaneko (1992), barang yang akan dielektroplating tidak dapat langsung dicelupkan tanpa adanya perlakuan terlebih dahulu. Permukaan logam yang akan dilapis harus dalam kondisi bersih. Permukaan bersih, idealnya bebas dari pengotor apapun. Setidaknya ada tiga ranah pembersihan penting dalam mempersiapkan elekktroplating yaitu: pelarut organik (degreasing), pembersihan alkali, serta pickling asam. 

1) Degreasing

Proses pelarutan organik juga disebut sebagai penyabunan atau degreasing. Proses ini merupakan tahapan pertama pada proses pembersihan permukaan benda kerja dari pengotor organik. Pengotor tersebut terdiri dari bahan mineral, hewani, minyak, residu dan lain-lain termasuk pada saat proses pengerjaan manufaktur. Pembersihan pengotor organik dapat dilakukan dengan penyabunan atau campuran dari bahan ester dengan alkali.  Proses penyabunan efektif dengan dilakukan pemanasan pada larutan pada suhu 50-60°C. Pembersihan ini dilanjutkan dengan pembilasan menggunakan air bersih. 

2) Pembersihan Alkali 

Film minyak yang tersisa tetap perlu dihilangkan memakai pembersih alkali. Pembersih alkali harus larut dalam air, membasahi permukaan, membasahi/menembus kotoran dan mengemulsikannya, dan tidak memberi bekas noda pada permukaan logam. Pembersih biasanya bukan alkali tunggal, namun campuran alkali dengan berbagai sabun/surfaktan agar lebih efektif. Pembersihan alkali diakhiri dengan pembilasan menggunakan air bersih. 

3) Pickling Asam 

Pickling asam digunakan untuk menghilangkan kerak dan karat. Proses pencelupan asam ini dilakukan setelah proses pembersihan alkali dilakukan. Sisa-sisa oksida dan lain-lain perlu untuk dinetralkan terlebih dahulu, selain dibilas yaitu dengan pencelupan asam. Asam yang lazim dipergunakan untuk pickling ialah: sulfat, klorida, nitrat, fosfat, fluorida, fluosilikat, fluoborat, khromat dan sulfamat. Garam asam seperti natrium bisulfat, ferri chlorida, dan amonium persulfate juga sering digunakan. Yang terbanyak dipergunakan ialah asam sulfat (H2SO4). Apabila kerak masih sulit dihilangkan, ia dapat lebih mudah larut dalam asam encer. Pickling dapat lebih efektif apabila disertai arus listrik 

4) Pembilasan 

Pembilasan dilakukan pada setiap peralihan dari tahap pencelupan. Hal ini bertujuan untuk membersihkan bahan terdahulu yang masih menempel dipermukaan sebelum memasuki tahap berikutnya. Air merupakan faktor utama dan penting dalam pembilasan dan elektroplating. Air yang digunakan tidak sembarangan, melainkan harus memenuhi syarat. Air yang diminum pun belum tentu cukup murni untuk proses elektroplating. Dalam air “bersih” dapat saja masih terdapat garam mineral terlarut, senyawa organik terlarut, gas-gas, padatan tersuspensi, mikroorganisme, dan semacamnya. Kandungan yang sangat tidak diharapkan ialah garam mineral terutama kalsium dan magnesium. Idealnya untuk mendapatkan air yang bersih dapat dilakukan dengan proses osmosis balik menggunakan teknologi membran. 

5) Proses Plating  

Proses pelapisan melibatkan pencelupan material logam yang akan dilapisi ke dalam satu atau beberapa rangkaian larutan elektrolit dalam periode waktu yang sudah diperhitungkan. Menurut Sheehy (1984) proses pencelupan ini biasanya dilakukan dalam bak plating yang terbuat dari kerangka logam yang dilapisi dengan bahan PVC. Larutan elekrolit berbentuk encer dibagi menjadi dua jenis yaitu larutan alkali dan larutan asam. Larutan jenis alkali dibagi menjadi larutan cyanide dan noncyanide. Larutan Alkaline cyanide kebanyakan digunakan pada pelapisan tembaga, zinc, silver, cadmium, brass, dan bronze. Sedangkan larutan noncyanide digunakan pada pelapisan elektroless nikel. Penggunaan yang paling banyak adalah penggunaan larutan asam. Larutan ini digunakan pada proses pelapisan tembaga, nikel, krom, dan seng. 

    Sheehy (1984) menjelaskan proses pelapisan pada bak plating menggunakan arus DC dengan besar tegangan 4-8 volts. Arus ini dialirkan melalui larutan elektrolit dari anoda (elektroda positif). Ion logam bermuatan positif akan tertarik pada katoda atau benda kerja. Pada proses ini arus listrik dianggap mempunyai efisiensi 100%, walaupun pada kenyataanya kurang dari angka tersebut.  Menurut Sutomo et al. (2010) proses elektroplating menghasilkan endapan yang bersifat adesif terhadap logam dasarnya. Material yang digunakan untuk melapisi biasanya menggunakan logam murni. Dalam NORSOK Standard (1994), material pelapis yang dipilih harus sesuai dengan tujuan penggunaan dan memenuhi beberapa syarat di antaranya: 

a) Kemampuan untuk memberikan ketahanan terhadap korosi material utama. 

b) Memenuhi persyaratan kesehatan, aman, dan ramah lingkungan. 

c) Sifat bahan sesuai dengan kebutuhan dan kondisi.

d) Tersedia dan bersifat ekonomis sebagai bahan pelapis. 

 Logam pelapis ini kemudian diendapkan secara elektrik melalui sebuah larutan yang mengandung garam-garam logam atau ion-ion logam (Gambar 10). Larutan ini dinamakan sebagai elektrolit. 

    Sutomo et al. (2010) menjelaskan bila arus dialirkan di kedua elektroda, maka muatan ion positif ditarik oleh elektroda katoda. Sedangkan semua ion bermuatan negatif berpindah ke arah elektroda bermuatan positif. Pada proses pelapisan menggunakan tembaga (Cu), larutan elektrolit yang digunakan ialah copper sulfate (CuSO4). Melalui larutan elektrolit, ion-ion tembaga (Cu2+) akan terbawa kemudian mengendap pada permukaan substrak (katoda) dalam bentuk atom-atom tembaga. Proses ini dapat ditulis dalam bentuk rumus kimia sebagai berikut. 

Larutan elektrolit selalu mengandung garam dari logam yang akan digunakan untuk melapisi. Garam-garam tersebut harus dipilih yang mudah larut tetapi anionnya tidak mudah tereduksi. Kemampuan atau aktivitas dari ion-ion logam tergantung dari konsentrasi unsur-unsur yang terlarut. Apabila konsentrasi logamnya tidak mencukupi untuk diendapkan akan terjadi endapan yang terbakar pada arus yang relatif rendah. Larutan elektrolit dapat bersifat asam atau basa. Ion klorida dalam larutan asam berfungsi untuk mempercepat terkikisnya anoda atau mencegah pasipasi anoda. Sedangkan larutan basa (alkali) banyak digunakan pada proses elektroplating dengan garam komplek cyanide. 

c. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Hasil Elektroplating 

Hasil elektroplating sangat dipengaruhi oleh beberapa hal di antaranya: 

1) Rangkaian Elektroda 

      Mark et al. (2016) menjelaskan susunan elektroda pada bak elektroplating berpengaruh terhadap hasil lapisan. Gambar 11 merupakan ilustrasi susunan elektroda pada proses elektroplating. Idealnya benda yang akan di lapisi harus dikelilingi oleh material pelapis dengan merata agar didapatkan ketebalan yang seragam pada semua sisi substrak. 

    Pada Gambar 11 A elektroda saling diletakkan berseberangan. Permukaan substrak yang menghadap anoda (+) akan mendapatkan endapan yang belih banyak dari pada sisi belakang substrak. Pada saat pelapisan berlangsung, benda kerja yang menjadi target pelapisan harus dibalik dari waktu ke waktu agar didapatkan ketebalan yang merata. Gambar B menggunakan dua buah anoda (+) yang diletakkan menghadap sisi depan dan belakang katoda (-) Kedua anoda dihubungkan pada sumber arus yang sama. Hasil endapan yang dihasilkan lebih merata dan tidak perlu membolak-balikkan substrak. Gambar C menggunakan anoda berbentuk ring yang mengelilingi seluruh permukaan substrak. Bentuk ini merupakan yang paling bagus di antara yang lain. Endapan yang dihasilkan lebih merata seluruh permukaan objek. Selain susunan elektroda, jarak antar elektroda juga berpengaruh terhadap hasil elektroplating. Wahab et al. (2013) menjelaskan hasil ketebalan optimal dengan indikator kemerataan lapisan diperoleh pada jarak tertentu. Semakin jauh jarak antara anoda dengan katoda akan didapatkan keseragaman ketebalan lapisan yang optimal. 

2) Konsentrasi Larutan Elektrolit 

      Elektroplating tembaga melibatkan proses pencelupan benda kerja dalam suatu larutan elektrolit.  Ketika arus listrik dialirkan pada kedua elektroda, tembaga yang berperan sebagai anoda akan terlarut dalam larutan elektrolit dalam bentuk ion kemudian berpindah dan mengendap di katoda. Larutan elektrolit yang dapat digunakan untuk pelapisan menggunakan tembaga yaitu cyanide copper, copper pyrophosphate, acid copper sulfate, dan acid copper fluoborate. Cyanide copper memberikan daya rekat yang sangat baik pada deposit tembaga. Klik disini untuk melihat komposisi lengkap larutan

3) Rapat Arus 

      Hartomo & Kaneko (1992) menjelaskan dalam sirkuit listrik, arus dikatakan mengalir dari kutub positif ke negatif, sedangkan aliran elektron adalah sebaliknya. Ada dua macam arus listrik yaitu searah (DC) dan bolak-balik (AC). Pada proses elektroplating jenis arus yang digunakan adalah arus searah (DC). Arus di berbagai negara yang didistribusikan sebesar 220 Volt dengan frekuensi 60 Hz. Proses elektroplating memerlukan tegangan jauh lebih rendah dari tegangan PLN namun arus cukup besar dibandingkan untuk rumah tangga bisasa. Laju alir listrik atau kuat arus diungkapkan dalam ampere. 

Hartomo & Kaneko (1992) juga menyebutkan bahwa proses pengendapan pada elektroplating memenuhi hukum elektrolisis faraday yang berbunyi:

a) Jumlah perubahan kimia oleh satuan arus listrik sebanding dengan banyaknya arus yang mengalir. 

b) Jumlah aneka bahan berbeda yang dibebaskan oleh sejumlah tertentu listrik sebanding dengan berat ekuivalen kimianya. 

4) Temperatur 

      Suhu dalam bak plating sangatlah penting untuk kesempurnaan hasil lapisan elektroplating. Suhu yang tinggi akan meningkatkan aktivasi larutan elektrolit, sehingga semakin tinggi suhu operasional pada bak plating maka akan semakin cepat pula ketebalan lapisan yang didapatkan. Sehingga untuk mendapatkan hasil pelapisan dengan ketebalan dan kerataan yang bagus diperlukan suhu optimum. Dini & Snyder (2010) menjelaskan bahwa suhu yang banyak digunakan dalam proses elektroplating antara 32 sampai dengan 43°C. Peningkatan suhu akan dapat mengurangi konduktivitas anoda dan katoda. Temperatur kerja di atas 30°C sangat direkomendasikan untuk mendapatkan hasil lapisan tembaga yang mengkilap.

  

5) Waktu Pelapisan 

     Waktu pelapisan akan berpengaruh terhadap kuantitas atau berat hasil lapisan yang terjadi pada permukaan benda kerja. Hasil deposit logam pelapis berbanding lurus dengan lama waktu pelapisan.