Malaikatku Tak Bersayap: Korosi Kelelahan (Fatigue)

KATA PENGANTAR

Dengan nama Allah yang Maha Pengasih dan Penyayang, kami memulai menyusun makalah KOROSI KELELAHAN ini bermaksud memeberi informasi akan sesuatu tentang korosi kelelahan. Kami yakin bahwa teman-teman sekalian telah mengetahui tentang korosi itu sendiri, bahwa karat dapat terjadi dimana saja dan kapan saja. Boleh dikatakan bahwa hampir tidak ada benda padat yang tidak berkarat atau kebal terhadap serangan karat. Masing-masing bahan memiliki kelebihan dan kelelmahan terhadap jenis-jenis karat tertentu.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kami memulai menyusun makalah KOROSI KELELAHAN ini bermaksud memeberi informasi akan sesuatu tentang korosi kelelahan. Kami yakin bahwa teman-teman sekalian telah mengetahui tentang korosi itu sendiri, bahwa karat dapat terjadi dimana saja dan kapan saja. Boleh dikatakan bahwa hampir tidak ada benda padat yang tidak berkarat atau kebal terhadap serangan karat. Masing-masing bahan memiliki kelebihan dan kelelmahan terhadap jenis-jenis karat tertentu.

Adapun cara terbaik untuk mencegah karat adalah dengan menciptakan suatu situasi atau suasana lingkungan yang menetralisir terjadinya proses pengkaratan, mempergunakan bahan pelapis permukaan yang anti terhadap suatu jenis karat tertentu, atau menggunakan bahan yang tahan terhadap jenis karat tertentu.

Dalam kehidupan sehari-hari, jika kita mengamati benda-benda logam yang ada i lingkungan kita, misalnya pagar halaman, pisau, paku, kawat, kerangka gedung bertingkat, kapal, dan berbagai jenis kendaraan, tampak adanya kecenderungan kerusakan pada logam tersebut. Proses perusakan pada permukaan logam yang disebabkan oleh reaksi kimia disebut oleh korosi. Pada musim hujan kita sering melihat alat-alat yang terbuat dari besi cenderung untuk mudah berkarat. hal ini membuktikan bahwa air merupakan zat yang ikut bertanggung jawab terhadap kerusakan logam besi tersebut. Demikian juga zat-zat yang terdapat paa laboratorium sekolah, seperti asam dan basa.

Menurut hasil penelitian, zat-zat kimia yang ada di lingkungan seperti H₂0 dan O₂ dapat menyebabkan kerusakan atau korosi pada logam. Ironisnya gas-gas hasil pembakaran minyak bumi seperti CO₂ dan SO₂ dalam keadaan lembab atau hujan dapat membentuk asam karbonat atau asam sulfit yang juga dapat mempercepat korosi pada logam.

1.2 Tujuan

Adapun tujuan disusunnya makalah ini adalah dengan sadarnya masyarakat akan bahaya karat, dapat dicegah terjadinya: kecelakaan kerja, pemborosan, pencemaran lingkungan dan kurangnya keandalan peralatan produksi sehingga waktu berproduksinya rendah dan kehilangan waktu akibat terkendalanya produksi, tinggi.

1.3 Perumusan Masalah

a. Apa yang dimaksud Korosi Kelelahan.

b. Bagaimana cara yang tepat untuk mengatasi Korosi Kelelahan.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Korosi

Korosi (Perkaratan) merupakan reaksi redoks spontan antar logam dengan zat yang ada di sekitarnya dan menghasilkan senywa yang tidak dikehendaki biasanya berupa oksida logam atau logam karbonat. Korosi terjadi karena sebagian besar logam mudah teroksidasi dengan melepas oksigen di udara dan membentuk oksida logam. Mudah tidaknya suatu logam terkorosi dapat dipahami dari deret Volta ataupun nilai potensial elektrode standarnya, E^o.(sumber: assembly.gov.nt.ca)

Sebagai contoh, logam besi (Fe) dengan potensial elektrode sebesar -0,44 lebih mudah terkorosi dibandingkan dengan logam emas yang memiliki potensial elektrode standar E^o sebesar +1,50.

Secara umum korosi logam melibatkan beberapa reaksi sebagai berikut:

1. Reaksi oksidasi logam pada anode:

L → L ⁿ⁺ + ne^-

2. Reaksi reduksi pada katode yang mungkin terjadi adalah:

• Reduksi O₂ menjadi ion OH^- (kondisi netral atau basa)

O_2(aq) + H₂O_(I) + 2e^- → 2OH^-_(aq)

• Reduksi O₂menjadi H₂O (kondisi asam)

O_2(aq) + 4H⁺_(aq) + 4e^- → 2H₂O_(I)

• Evolusi/Pembentukan H₂

2H⁺_(aq) + 2e_- → H_2(g)

• Reduksi Ion Logam

L³⁺_(aq) + e^- → L²⁺_(aq)

• Deposisi Logam

L⁺_(aq) + e^- → L_(s)

	Korosi Besi Pada Kondisi Netral Atau Basa	Korosi Besi Pada Kondisi Asam
Reaksi di Anode	Fe_(s) → Fe²⁺_(aq) + 2e^-	Fe_(s) → Fe²⁺_(aq) + 2e^-
Reaksi di Katode	½ O_2(aq) + H₂O_(I) + 2e^- → 2OH^-_(aq)	O_2(aq) + 4H⁺_(aq) + 4e^- →2H2O_(I)

2.2 Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap korosi

Korosi pada permukaan suatu logam dapat dipercepat oleh beberapa faktor, antara lain:

1. Kontak Langsung logam dengan H₂O dan O₂

Korosi pada permukaan logam merupakan proses yang mengandung reaksi redoks. Reaksi yang terjadi ini merupakan sel Volta mini. sebagai contoh, korosi besi terjadi apabila ada oksigen (O₂) dan air (H₂O). Logam besi tidaklah murni, melainkan mengandung campuran karbon yang menyebar secara tidak merata dalam logam tersebut. Akibatnya menimbulkan perbedaan potensial listrik antara atom logam dengan atom karbon (C). Atom logam besi (Fe) bertindak sebagai anode dan atom C sebagai katode. Oksigen dari udara yang larut dalam air akan tereduksi, sedangkan air sendiri berfungsi sebagai media tempat berlangsungnya reaksi redoks pada peristiwa korosi. Semakin banyak jumlah O₂ dan H₂O yang mengalami kontak denan permukaan logam, maka semakin cepat berlangsungnya korosi pada permukaan logam tersebut.

2. Keberadaan Zat Pengotor

Zat Pengotor di permukaan logam dapat menyebabkan terjadinya reaksi reduksi tambahan sehingga lebih banyak atom logam yang teroksidasi. Sebagai contoh, adanya tumpukan debu karbon dari hasil pembakaran BBM pada permukaan logam mampu mempercepat reaksi reduksi gas oksigen pada permukaan logam. Dengan demikian peristiwa korosi semakin dipercepat.

3. Kontak dengan Elektrolit

Keberadaan elektrolit, seperti garam dalam air laut dapat mempercepat laju korosi dengan menambah terjadinya reaksi tambahan. Sedangkan konsentrasi elektrolit yang besar dapat melakukan laju aliran elektron sehingga korosi meningkat.

4. Temperatur

Temperatur mempengaruhi kecepatan reaksi redoks pada peristiwa korosi. Secara umum, semakin tinggi temperatur maka semakin cepat terjadinya korosi. Hal ini disebabkan dengan meningkatnya temperatur maka meningkat pula energi kinetik partikel sehingga kemungkinan terjadinya tumbukan efektif pada reaksi redoks semakin besar. Dengan demikian laju korosi pada logam semakin meningkat. Efek korosi yang disebabkan oleh pengaruh temperatur dapat dilihat pada perkakas-perkakas atau mesin-mesin yang dalam pemakaiannya menimbulkan panas akibat gesekan (seperti cutting tools ) atau dikenai panas secara langsung (seperti mesin kendaraan bermotor).

5. pH

Peristiwa korosi pada kondisi asam, yakni pada kondisi pH < 7 semakin besar, karena adanya reaksi reduksi tambahan yang berlangsung pada katode yaitu:

2H⁺_(aq) + 2e^- → H₂

Adanya reaksi reduksi tambahan pada katode menyebabkan lebih banyak atom logam yang teroksidasi sehingga laju korosi pada permukaan logam semakin besar.

6. Metalurgi

• Permukaan logam

Permukaan logam yang lebih kasar akan menimbulkan beda potensial dan memiliki kecenderungan untuk menjadi anode yang terkorosi.

• Efek Galvanic Coupling

Kemurnian logam yang rendah mengindikasikan banyaknya atom-atom unsur lain yang terdapat pada logam tersebut sehingga memicu terjadinya efek Galvanic Coupling , yakni timbulnya perbedaan potensial pada permukaan logam akibat perbedaan E° antara atom-atom unsur logam yang berbeda dan terdapat pada permukaan logam dengan kemurnian rendah. Efek ini memicu korosi pada permukaan logam melalui peningkatan reaksi oksidasi pada daerah anode.

7. Mikroba

Adanya koloni mikroba pada permukaan logam dapat menyebabkan peningkatan korosi pada logam. Hal ini disebabkan karena mikroba tersebut mampu mendegradasi logam melalui reaksi redoks untuk memperoleh energi bagi keberlangsungan hidupnya. Mikroba yang mampu menyebabkan korosi, antara lain: protozoa, bakteri besi mangan oksida, bakteri reduksi sulfat, dan bakteri oksidasi sulfur-sulfida. Thiobacillus thiooxidans Thiobacillus ferroxidans.

2.3 Pengertian Korosi Kelelahan

Korosi Kelelahan Cracking (CFC) mirip dengan SCC.

Korosi Kelelahan adalah kegagalan getas dari suatu paduan yang disebabkan oleh fruktuasi stress di lingkungan korosif.

Metal yang retak akibat adanya regangan yang terjadi bergantian atau berulang-ulang disebut gagal karena kelelahan (fatigue)

Bila logam mendapat beban siklus yang berulang-ulang, tetapi masih dibawah batas kekuatan luluhnya. Maka setelah sekian lama akan patah karena terjadinya kelelahan logam. Kelelahan dapat dipercepat dengan adanya serangan korosi. Kombinasi antara kelelahan dan korosi yang mengakibatkan kegagalan disebut korosi lelah. Korosi lelah terjadi di daerah yang menderita beban, lasan dan lainnya.

Kelelahan Karat adalah kelelahan dalam lingkungan korosif. Ini adalah degradasi mekanik dari material di bawah aksi bersama darikorosi loading dan siklik. Hampir semua struktur teknik mengalami beberapa bentuk bolak stres, dan terpapar lingkungan yang berbahaya selama masa kerja mereka. Lingkungan memainkan peran penting dalam kelelahan tinggi kekuatan bahan struktural seperti baja, paduan aluminium dan paduan titanium. Bahan dengan tinggi kekuatan tertentu sedang dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan kemajuan teknologi. Namun, kegunaannya tergantung sebagian besar pada sejauh mana mereka melawan kelelahan korosi.Pengaruh lingkungan korosif pada perilaku kelelahan logam dipelajari sedini tahun 1930. Fenomena ini tidak harus bingung dengankorosi retak tegang , di mana korosi (seperti pitting) menyebabkan pengembangan rapuh, pertumbuhan retak dan kegagalan . Satu-satunya persyaratan untuk kelelahan korosi adalah bahwa sampel berada di bawah tegangan tarik.

Keberadaan Korosi Kelelahan.

Kegagalan yang terjadi karena kombinasi antara kelelahan dan karat disebut Karat Kelelahan (corrosion Fatigue). Kerusakan akibat karat kelelahan biasanya selalu lebih besar dari jumlah kerusakan karat dan kerusakann akibat kelelahan secara terpisah. Sifat retak karat kelelahan selalu transgranular.

Karat kelelahan biasa terjadi di dekat titik-titik yang menderita beban, lasan pada pautan, lasan nosel, dan lain-lain.

Kegagalan banyak terjadi pada daerah dimana cycle dan reganagn berada di atas garis lengkung yang teratas atau diatas endurance limit/fatigue limit (batas kelelahan), dan tidak terjadi kegagalan jika cycle dan regangan berada di bawah batas kelelahan.

Untuk baja dan mungkin juga untuk logam lain, batas kelelahan yang sebenarnya berada kira-kira separuh dari kuat tarik. Untuk logam lain, “karat kelelahan” atau batas kelelahan (endurance limit) adalah suatu nilai regangan dimana nilai-nilai regangan dibawahnya tidak menyebabkan kegagalan di dalam jumlah cycle tertentu.

Frekuensi untuk penetapan keregangan biasa dicantumkan karena merupakan faktor yang mempengaruhi jumlah cycle yang menyebabkan kegagalan.

Di dalam lingkungan yang korosif, kegagalan pada tingkat regangan tertentu terjadi hanya pada jumlah cycle yang lebih sedikit dan kelelahan yang sebenarnya tidak tampak lagi, dengan kata lain, kegagalan dapat saja terjadi pada nilai regangan berapa saja asalkan cyclenya cukup besar.

Description: Description: Grafik yang menggambarkan efek korosi pada stres

Pengaruh korosi pada diagram SN

Pengaruh korosi pada diagram SN halus-spesimen secara skematis diperlihatkan di sebelah kanan. Kurva A menunjukkan perilaku kelelahan dari bahan diuji di udara. Ambang batas kelelahan (atau batas) terlihat pada kurva A, sesuai dengan bagian horizontal dari kurva. Kurva B dan C mewakili perilaku kelelahan dari bahan yang sama di dua lingkungan korosif. Dalam kurva B, kegagalan kelelahan pada tingkat tegangan tinggi adalah terbelakang, dan batas kelelahan tereliminasi. Dalam kurva C, kurva seluruh digeser ke kiri, ini menunjukkan penurunan umum dalam kekuatan lelah, inisiasi dipercepat pada tegangan yang lebih tinggi dan penghapusan batas kelelahan. Untuk memenuhi kebutuhan kemajuan teknologi, lebih tinggi kekuatan bahan dikembangkan melalui perlakuan panas atau paduan . Tinggi seperti kekuatan material umumnya menunjukkan batas kelelahan yang lebih tinggi, dan dapat digunakan pada tingkat layanan yang lebih tinggi stres bahkan di bawah beban siklik. Namun, kondisi lingkungan yang korosif selama pemuatan kelelahan menghilangkan keunggulan stres, karena sudah melewati batas kelelahan menjadi hampir tidak sensitif terhadap tingkat kekuatan bagi kelompok tertentu paduan. Efek ini secara skematis ditunjukkan untuk baja beberapa diagram di kiri, yang menggambarkan efek melemahkan lingkungan yang korosif pada fungsi tinggi kekuatan bahan di bawah kelelahan.

BAB III

DAMPAK DAN PENANGGULANGAN KOROSI

3.1 Akibat atau Dampak dari Korosi dalam Kehidupan

Korosi merupakan proses atau reaksi elektrokimia yang bersifat alamiah dan berlangsung spontan, oleh karena itu korosi tidak dapat dicegah atau dihentikan sama sekali. Korosi hanya bisa dikendalikan atau diperlambat lajunya sehingga memperlambat proses kerusakannya. Korosi pada logam menimbulkan kerugian yang tidak sedikit. Hasil riset yang berlangsung tahun 2002 di Amerika Serikat memperkirakan kerugian akibat korosi yang menyerag permesinan industri, infrastruktur, samapai perangkat transportasi di negara adidaya tersebut mencapai 276 miliar dollar AS.

Dampak yang ditimbulkan korosi dapat berupa kerugian langsung dan kerugian tidak langsung. Kerugian langsung berupa terjadinya kerusakan pada peralatan, permesinan atau struktur bangunan. Sedangkan kerugian tidak langsung berupa terhentinya aktivitas produksi, karena terjadinya pergantian peralatan yang rusak akibat korosi, bahkan kerugian tidak langsung dapat berupa terjadinya kecelakaan yang menimbulkan korban jiwa, seperti kejadian runtuhnya jembatan akibat korosi, terjadinya kebakaran akiba kebocoran pipa gas karena korosi, dan meledaknya pembangkit tenaga nuklir akibat terjadinya korosi pada pipa uapnya

3.2 Pencegahan Korosi

Kerusakan dan penanganan korosi pada benda-benda yang terbuat dari logam telah menelan biaya yang sangat besar, untuk itu diperlukan upaya pencegahan untuk meminimalisir dampak negatif yang ditimbulkan oleh korosi. Pecegahan terhadap korosi dapat dilakukan dengan perlindungan mekanis dan perlindungan elektrokimia. Perlindungan mekanis dilakukan dengan mencegah agar permukaan logam tidak bersentuhan dengan udara dan air, misalnya dengan pengecatan dan pelapisan dengan logam lain (penyepuhan). Contoh lapisan pelindung yang digunakan untuk mencegah kontak langsung dengan H₂O adalah lapisan cat, lapisan oli dan gemuk, lapisan plastik, dan lapisan dengan logam lain, seperti Cr, Zn, dan Sn. Perhatikan tabel berikut!

Metode	Penggunaan	Keterangan
Lapisan cat	Kapal, jembatan, mobil	Lapisan cat mencegah kontak langsung besi dengan O₂ dan H₂O. Hanya jika cat tergores/terkelupas, maka korosi mulai terjadi dan dapat menyebar di bawah cat yang masih utuh.
Lapisan oli dan gemuk	Bagian bergerak dari mesin, seperti mesin mobil, barang-barang di dapur, seperti rak pengering	Lapisan oli dan gemuk mencegah kontak langsung besi dengan O₂ dan H₂O dan harus dioleskan secara berkala.
Lapisan Plastik	Barang-barang di dapur, seperti rak pengering	Lapisan plastik mencegah kontak langsung besi dengan O₂dan H₂O. Hanya jika plastik terkelupas, korosi mulai terjadi.
Pelapisan Sn	Kaleng makanan	Lapisan Sn dapat mencegah kontak langsung logam dengan O₂ dan H₂O. Akan tetapi, Sn (E° = - 0.14V) kurang reakstif dibanding Fe (E° = - 0.44V). Jadi apabila lapisan Sn tergores, maka besi dibawahnya mulai terkorosi.

Perlindungan elektrokimia dilakukan untuk mencegah terjadinya korosi elektrolik (reaksi elektrokimia yang mengoksidasi logam). Perlindungan tersebut disebut juga perlindungan katode (proteksi katodik) atau perlindungan anode.

a. Perlindungan Katode

Perlindungan katode dapat dilakukan dengan dua metode, yaitu:

1. Menggunakan Logam Lain yang Lebih Reaktif Sebagai Anode Korban

Penggunaan logam lain yang lebih reaktif akan menempatkan logam sebagai penyuplai e- atau bertindak sebagai anode dalam sel elektrokimia korosi. Untuk memahami hal ini, ambil contoh penggunaan logam MG (E° = -2.37V).untuk perlindungan logam Fe (E° = -0.44V). Mg akan bertindak sebagai anode yang teroksidasi, sedangkan Fe akan menjadi katode dimana reduksi oksigen berlangsung.

Anode : Mg → Mg²⁺ + 2e^-

Katode (Fe) : ½ O_2(aq)2 + H₂O_(I) + 2e^- → 2OH^-_(aq)

2. Menyuplai Listrik dari Luar

Suatu sumber listrik dihubungkan ke tangki bawah tanah yang akan dilindungi dan ke anode inert, seperti grafit. Elektron akan mengalir dari sumber listrik ke anode inert. Reaksi oksidasi yang terjadi akan melepas e^-, yang akan mengalir melalui elektrolit tanah menuju ke tangki yang bertindak sebagai katode. Metode ini disebut juga Impressed current cathodic protection (ICCP).

BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

1. Korosi Kelelahan Cracking (CFC) mirip dengan SCC.

Korosi Kelelahan adalah kegagalan getas dari suatu paduan yang disebabkan oleh fruktuasi stress di lingkungan korosif.

Metal yang retak akibat adanya regangan yang terjadi bergantian atau berulang-ulang disebut gagal karena kelelahan (fatigue)

2. Bila logam mendapat beban siklus yang berulang-ulang, tetapi masih dibawah batas kekuatan luluhnya. Maka setelah sekian lama akan patah karena terjadinya kelelahan logam. Kelelahan dapat dipercepat dengan adanya serangan korosi. Kombinasi antara kelelahan dan korosi yang mengakibatkan kegagalan disebut korosi lelah. Korosi lelah terjadi di daerah yang menderita beban, lasan dan lainnya.

3. Faktor-faktor yang mempengaruhi Korosi Kelelahan:

1. Kualitas Permukaan (Metalurgi)

Kekasaran permukaan dapat menyebabkan konsentrasi stress mikroskopis yang menurunkan ketahanan fatik.

Permukaan logam yang lebih kasar akan menimbulkan beda potensial yang memiliki kecenderungan untuk menjadi anoda yang terkorosi

2. Temperatur

Temperatur yang tinggi mempengaruhi penurunan ketahanan fatik meterial.

Temperatur mempengaruhi kecepatan reaksi redoks pada peristiwa korosi.

“Semakin tinggi temperatur, maka semakin cepat terjadinya korosi.”

3. Keberadaan Zat Pengotor

Zat pengotor pada permukaan logam dapat menyebabkan terjadinya reaksi reduksi tambahan, sehingga lebih banyak atom logam yang terkorosi.

4. pH

Peristiwa korosi pada kondisi asam semakin besar, karena adanya reaksi reduksi tambahan yang berlangsung pada katoda.

2H⁺ + 2e^- -> H₂

4. Pencegahannya adalah ;

1. Pengubahan Lingkungan

Penyimpanan baja harus bebas dari partikel air asin yang terbawa angin. Karena air asin dapat menyebabkan retak karat pada baja

2. Mengurangi Tegangan Tarik

3. Lapisan oli dan gemuk

Lapisan oli dan gemuk mencegah kontak langsung besi dengan O₂ dan H₂O dan harus dioleskan secara berkala.

4. Nitridasi dengan Plasma lucutan pijar

Plasma lucutan pijar adalah suatu cara untuk membuat lapisan tipis pada sebuah permukaan substrat yang dihasilkan dari gas yang diionisasikan dangan medan radio frekuensi medan DC atau gelombang nitro dalam bejana (reactor) yang bertekanan rendah (10-3 – 10 torr). Proses plasma tersebut terjadi apabila elektroda dalam bejana plasma diberi tegangan sebesar X volt, maka akan terjadi distribusi tegangan didalam tabung yang berada diantara katoda dan anoda. Selanjutnya terjadi ionisasi elektron yang mengumpul pada elektroda positif, sedangkan ion-ion positif akan berada di ruang antara katoda dan anoda.

4.2 Daftar Pustaka