## PENGARUH ARUS LISTRIK DAN WAKTU PROSES TERHADAP KETEBALAN DAN MASSA LAPISAN YANG TERBENTUK PADA PROSES ELEKTROPLATING PELAT BAJA
Daud Topayung 1)
1) Program Studi Teknik Mesin Politeknik Negeri Manado, 95252 email: dtopayung@gmail.com

## ABSTRAK
Penelitian menggunakan hukum Faraday untuk analisis teoritis dan metode statistik untuk analisis hasil  pengukuran.  Hasil  teoritis,  Ketebalan:  Tmaks  =  0.116461  mm,  Tmin  =  0.028423  mm. Massa:  Mmaks  =  5.2100  gr,  Mmin  =  1.3025  gr. Hasil  pengukuran,  Ketebalan:  Tmaks  =  0.109 mm,  Tmin  =  0.026  mm. Massa:  Mmaks  =  4.8516  gr,  Mmin  =  1.1902  gr. Ketebalan  dan  massa lapisan  teoritis  lebih  besar  dari  hasil  pengukuran. Perbedaan  keduanya:  Tmaks  =  0.007  mm (6.12%), Tmin  =  0.002  mm  (7.35%),  Mmaks  =  0.3564  gr  (6.88%),  Mmin  =  0.1123  gr (8.62%). Untuk  hasil  teoritis  dan  hasil  pengukuran:  Tmaks  and  Mmaks  diperoleh  pada  arus  listrik  =  8 Ampere dan waktu proses 60 menit, Tmin dan Mmin diperoleh pada arus listrik = 4 Ampere dan waktu proses 30 menit
Kata kunci: anoda , arus listrik , asam kromik,  Elektroplating, katoda

## EFFECT OF ELECTRIC CURRENT AND PROCESS TIME THE THICKNESS AND MASS LAYER FORMED ON ELECTROPLATING PROCESS STEEL PLATES

## ABSTRACT
Research  using  Faraday's  law  for  the  theoretical  analysis  and  statistical  methods  to  analyze  the results  of  measurements.  Theoretical  results,  Thickness:  Tmaks  =  0.116461  mm,  Tmin  = 0.028423  mm.   Mass:  Mmaks  =  5.2100  gr,  Mmin  =  1.3025  gr. Results  of  measurement, Thickness: Tmaks  =  0.109  mm,  Tmin  =  0.026  mm. Mass: Mmaks  =  4.8516  gr,  Mmin  =  1.1902 gr. Layer  thickness  and  mass  is  theoretically  greater  than  the  measurement  results. Differences both:  Tmaks  =  0.007  mm  (6.12%),  Tmin  =  0.002  mm  (7.35%),  Mmaks  =  0.3564  gr  (6.88%), Mmin  =  0.1123  gr  (8.62%).  For  the  theoretical  results  and  measurements:  Tmaks  and  Mmaks obtained  at  an  electric  current  =  8  Amperes  and  60  minutes,  Tmin  and  Mmin  obtained  =  4 Amperes of electric current and 30 minutes
Keywords: anode , electric current, chromic acid, Electroplating

## PENDAHULUAN
Capaian  kualitas  dari  suatu  produk dapat  diperoleh  dengan  berbagai  penerapan metode  pengerjaan  selama  tahapan  produksi, salah  satu  diantaranya  adalah  penerapan proses/pengerjaan  akhir (finishing) terhadap produk  pada  tahapan  akhir  dari  keseluruhan rangkaian  proses  pembuatan.  salah  satu jenis proses  yang  termasuk  dalam  kelompok  ini, adalah proses elektroplating dengan menggunakan  bahan  pelapis  krom (chrome plating) .  Variabel  yang  dapat  mempengaruhi proses,  antara  lain  tegangan  dan  arus  listrik yang  diberikan;    waktu  atau  lamanya  proses
dilakukan; jumlah titik penyaluran arus; jenis, sifat, konsentrasi atau kepekatan dan temperatur  larutan;  jenis,  luasan  jarak Elektroda
Elektroplating  dibuat  dengan  jalan mengalirkan  arus  listrik  melalui  larutan antara  logam  atau  material  lain  yang konduktif.  Dua  buah  plat  logam  merupakan anoda  dan  katoda  dihubungkan  pada  kutub positif  dan  negatif  terminal  sumber  arus searah  (DC).  Logam  yang  terhubung  dengan kutub  positif  disebut  anoda  dan  yang terhubung  dengan  kutub  negatif  disebut katoda.  Ketika  sumber  tegangan  digunakan pada elektrolit, maka kutub positif
mengeluarkan  ion  bergerak  dalam  larutan menuju  katoda  dan  disebut  sebagai  kation. Kutub  negatif  juga  mengeluarkan  ion, bergerak  menuju  anoda  dan  disebut  sebagai anion. Larutannya disebut elektrolit (Abrianto ,2008)
Pelapisan  krom adalah  salah  satu  jenis proses  elektroplating    dengan  menggunakan bahan kromium. Pelapisan dengan menggunakan  bahan  krom  dapat  dilakukan pada  berbagai  jenis logam seperti besi,baja, atau tembaga.  Pelapisan  krom  juga  dapat dilakukan  pada plastik atau  jenis  benda  lain yang  bukan  logam,  dengan  persyaratan bahwa  benda  tersebut  harus  dicat  dengan  cat yang  mengandung  logam  sehingga  dapat mengalirkan arus  listrik.    Pelapisan  krom menggunakan  bahan  dasar asam  kromat, (H 2 CrO4)  dan asam  sulfat (H 2 SO 4 )  sebagai bahan  pemicu  arus,  dengan  perbandingan campuran  yang  tertentu.  Perbandingan  yang umum  bisa  100:1  sampai  400:1.  Jika perbandingannya menyimpang dari ketentuan biasanya  akan  menghasilkan  lapisan  yang tidak  sesuai  dengan  yang  diharapkan.  Faktor lain  yang  dapat  berpengaruh  pada  proses pelapisan krom ini adalah
temperatur larutan dan  besar arus  listrik yang mengalir  sewaktu  melakukan  pelapisan. Temperatur  pelapisan  bervariasi  antara  (35 s/d 60) °C  dengan besar perbandingan besar arus  (0,14  s/d  0,43)  A/cm 2 Bahan Elektroda yang digunakan pada jenis pelapisan ini adalah krom (Cr) sebagai anoda (kutub  positif)  dan  benda  yang  akan  dilapis sebagai   katoda (kutub  negatif).  Jarak  antara elektroda  tersebut  antara  (9  s/d  29)  cm. Sumber  listrik  yang  digunakan  adalah arus searah  dengan beda potensial berkisar antara 4 s/d 25 Volt (Lawrence, 1984).
Hubungan antara beda potensial dalam elektrolit  dan  kekuatan  arus  listrik  yang mengalir  menurut  Hukum  Ohm  yaitu (Sukardjo, 1985):
………………………………(1)
I  =  Kuat  arus  listrik  (Ampere);  V  =  Beda potensial (Volt); R = Tahanan listrik (ohm)
Besarnya  listrik  yang  mengalir  yang dinyatakan  dengan  Coulomb  adalah  sama dengan arus listrik dikalikan dengan waktu. Q = I.t  …………………..………..(2) Q = Muatan listrik (Coulomb); I = Kuat arus listrik (Ampere); t = Waktu (detik)
Michael  Faraday  pada  tahun  1833 menetapkan  hubungan  antara  kelistrikan  dan ilmu  kimia  pada  semua  reaksi elektrokimia. Dua  Hukum  Faraday  ini  adalah  (Sukarjo, 1985).

## Hukum I :
Massa  zat  yang  terjadi  akibat  reaksi  kimia pada  elektroda  berbanding  lurus  dengan jumlah  muatan  listrik  yang  mengalir  pada larutan elektrolit selama elektrolisis.
m = I.t ………………………….…  (3a)
m = …………………………..  (3b)
m  =  massa  zat  (gram);  E  =  berat  eqivalen (gram);  F  =  Bilangan  Faraday;  I  =  kuat  arus listrik  (Ampere);  t  =  Waktu  (detik);  BA  = Berat atom unsure; n = Jumlah mol zat.
Untuk  perak  telah  diperoleh  bahwa  1 Coulomb  menghasilkan  1,118  mg  perak. Untuk  mengendapkan  1  grek  perak  atau 107,880 gr perak,
diperlukan 107,880/0,001118 = 96.494 Coulomb. Listrik sebesar ini dikenal sebagai 1 Faraday.
Hukum II :
Massa  berbagai  zat  yang  terjadi  selama elektrolisis,  berbanding  lurus  dengan  berat ekivalennya.
Menurut Milikan   muatan 1 elektron = 1,602  x  10 -19 coulomb,    jadi  jumlah  elektron dalam 1 Faraday adalah 96.494/1,602 x 10 -19 =  6,023  x  10 23 elektron.    Angka  inilah  yang dikenal  dengan  Bilangan  Avogadro.    Jadi  1 Faraday  setara  dengan  6,023  x  10 23 partikel dengan muatan tunggal atau 1 grek zat.
Asam Kromat  adalah sebuah  senyawa kromium (Cr).  Senyawa  ini  memiliki  rumus kimia  H 2 CrO 4 .  Senyawa  ini  belum  pernah diisolasi  dalam  bentuk  murninya.   Basa konjugat dari  asam  ini  adalah   ion kromat dan   dikromat,  yang  dapat  membentuk beberapa  garam  (misalnya kalium dikromat, K 2 Cr 2 O 7 ). Anhidrida dari asam kromat adalah kromium  trioksida,  atau  disebut  juga kromium  (VI)  oksida,  CrO 3 .  Pada  asam kromat, dikromat ataupun semua turunannya, atom kromium mempunyai bilangan oksidasi +6.  Larutan  asam  kromat  dibuat dengan  cara  mengasamkan  larutan  yang mengandung  ion  kromat  atau  dikromat. Larutan  ini  bersifat oksidator kuat,  berwarna merah  kecoklatan,  jingga  atau  kuning tergantung konsentrasi kromium (VI).
Ion adalah atom atau sekumpulan atom yang bermuatan  listrik.  Ion bermuatan negatif, yang menangkap satu atau lebih elektron,  disebut   anion,  karena  dia tertarik menuju anoda. Ion bermuatan positif, yang  kehilangan  satu  atau  lebih elektron, disebut kation,  karena  tertarik  ke katoda. Proses  pembentukan  ion  disebut   ionisasi. Atom  atau  kelompok  atom  yang  terionisasi ditandai dengan tikatas n+ atau n- , di mana n adalah  jumlah elektron yang  hilang atau  diperoleh.    Larutan  ion  adalah  jenis larutan  yang  mengandung  ion  yang  dapat bergerak
bebas sehingga
mampu
menghantarkan arus listrik. (Lawrence, 2004).
Garam adalah senyawa ionik yang
terdiri dari ion positif (kation) dan ion negatif (anion), sehingga membentuk senyawa netral (tanpa  bermuatan).  Garam  terbentuk dari  hasil   reaksi asam   dan basa. Natrium klorida (NaCl),  Garam  dalam  air  merupakan larutan elektrolit,  yaitu  larutan  yang  dapat menghantarkan arus listrik.
Redoks (singkatan
dari reaksi reduksi/oksidasi)  adalah  istilah  yang menjelaskan  berubahnya bilangan  oksidasi (keadaan oksidasi) atom-atom dalam sebuah reaksi  kimia.    Hal  ini  dapat  berupa proses  redoks  yang  sederhana  seperti oksidasi karbon yang  menghasilkan   karbon dioksida,  atau  reduksi karbon   oleh hidrogen menghasilkan metana (CH 4 ), Istilah redoks berasal  dari  dua  konsep,  yaitu reduksi dan oksidasi.

## METODOLOGI PENELITIAN
Bahan-Bahan Penelitian :
 Lempengan  Katoda,  terbuat  dari  bahan pelat Baja.
 Lempengan  Anoda,  dibuat  dari  bahan Krom
 Larutan elektrolit yaitu Asam Kromat
 Aquabides, HCL-10% dan NaOH-10%

## Peralatan bantu
Neraca Analitik, Jangka Sorong, Mikrometer,Stopwatch,  Termometer,  Heater,
Wadah, AVO-meter digital.
Pengambilan data:
1) pengukuran  panjang  dan  lebar  bidang permukaan  spesimen  (dilakukan  sebelum dproses pelapisan dilaksanakan).
2) Pengukuran  massa  spesimen  dan  massa anoda  (dilakukan  sebelum  dan  setelah proses pelapisan dilaksanakan).
3) Pengukuran ketebalan spesimen
(dilakukan  sebelum  dan  setelah  proses pelapisan dilaksanakan).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hubungan  antara  variabel  kuat  arus listrik  dan  waktu  proses  dengan  variabel ketebalan  dan  massa  lapisan  yang  terbentuk, disajikan pada gambar 1-4.
Gambar 1.  Hubungan waktu proses dan ketebalan lapisan
Gambar 2.  Hubungan arus listrik dan ketebalan lapisan
Gambar 3.  Hubungan waktu proses dan massa lapisan
Gambar 4.  Hubungan arus listrik dan massa lapisan
Adanya  pengaruh  besaran  “Waktu Proses”  terhadap  ketebalan  lapisan  yang terbentuk  pada  permukaan  specimen  dapat dilihat  pada  Grafik-1.  Dengan  mengamati grafik  tersebut,  maka  dapat  terlihat  bahwa pada  kondisi  arus  listrik  konstan,  ketebalan lapisan  yang  dihasilkan  untuk  ketiga  variasi waktu proses  yang digunakan, menunjukkan pola:  30  menit  <  45  menit  <  60  menit. Penjelasan untuk hal ini adalah semakin lama proses  berlangsung,  maka  porsi  akumulasi pergerakan  elektron  dan  transfer  material pada  kedua  elektroda  juga  akan  semakin besar.
Sedangkan  adanya  pengaruh  besaran “Kuat arus listrik” terhadap ketebalan lapisan yang  terbentuk  pada  permukaan  spesimen dapat dilihat pada Grafik-2. Dengan mengamati  grafik  tersebut,  maka  dapat terlihat  bahwa  pada  kondisi  dimana  waktu proses  konstan,  ketebalan  lapisan  yang dihasilkan  untuk  ketiga  variasi  kuat  arus listrik  yang digunakan, menunjukkan pola : 4 Ampere < 6 Ampere < 8 Ampere. Penjelasan untuk  kondisi  ini  adalah  semakin  besar  nilai kuat arus listrik yang digunakan, maka  akan menyebabkan  elektron  lebih  reaktif  (lebih mudah  bergerak),  Hal  ini  juga  akan menyebabkan  porsi  akumulasi  pergerakan electron  dan    transfer  material  pada  kedua elektroda juga akan semakin besar.
Hal  lain  yang  perlu  dikemukakan  dan berkaitan dengan   hasil percobaan ini adalah konsep teoritis mengenai proses elektrokimia yang  dikemukakan  oleh Faraday ,  dimana kedua hukumnya menyatakan secara matematis  bahwa  massa  zat  yang  terbentuk pada  suatu  proses  elektrokimia  adalah berbanding lurus dengan kuat arus listrik dan waktu  proses.      Secara  kualitatif  hasil perhitungan secara teoritis telah menunjukkan  hasil  atau  pola  yang  sama
dengan hasil yang diperoleh melalui percobaan, walaupun masih terdapat perbedaan secara kuantitatif. Dari  penjelasan  tersebut  di  atas,  maka Indikasi  adanya  Pengaruh  kuat  arus  listrik dan waktu proses  terhadap ketebalan lapisan yang  terbentuk  ditandai  dengan  terjadinya perubahan  nilai  ketebalan  lapisan  jika  nilai dari  kedua  variabel  bebas  dibuat  bervariasi. Pola pengaruh yang teramati adalah berbanding lurus.
Dengan  membandingkan  data  yang ada,  maka  dapat  diketahui  bahwa  Nilai ketebalan  lapisan  pada  permukaan  spesimen yang  diperoleh  secara  teoritis  dengan menggunakan perhitungan dasar elektrokimia,  lebih  tinggi    jika  dibandingkan dengan nilai ketebalan lapisan yang diperoleh dari pengukuran (eksperimen). Kemungkinan penyebab  adalah  terletak  pada  efisiensi proses yang dilaksanakan, dimana kondisinya belum  memenuhi  kondisi  ideal.  Misalnya dalam  hal  penyaluran  energi  listrik  yang diperlukan untuk membangkitkan pergerakan elektron pada kedua elektroda (spesimen dan anoda),  termasuk  transfer  material  diantara keduanya  yang  diangkut  oleh  ion-ion bermuatan listrik melalui larutan.
Pada  pelaksanaan  proses  pelapisan, baik  anoda  maupun  spesimen  (katoda), pemasangannya  hanya  menggunakan  kawat pengait.  Kondisi  pemasangan  seperti  ini memungkinkan  tidak  stabilnya  kedudukan kedua  elektroda,  sebab  selama  proses berlangsung timbul gelembung dalam larutan sehingga  memungkinkan  tidak  stabilnya kedudukan  kedua  elektroda.  Ketidakstabilan ini  tentunya  akan  mempengaruhi  penyaluran arus  listrrik  atau  istilahnya  dalam  kelistrikan adalah  terjadi lose  contact .  Salah  satu indikasi hal ini adalah terjadinya peningkatan temperatur  larutan  sebagai  efek  dari  tidak tersalurnya  energi  listrik  dengan  baik sehingga berubah menjadi panas.
Disamping  itu,  data  yang  ada,    juga menunjukkan  perbedaaan  nilai  ketebalan lapisan  yang  diperoleh  berdasarkan  hasil pengukuran (eksperimen) dan hasil perhitungan  (secara  teoritis),    termasuk  nilai maksimum  dan  minimum  dari  ketebalan lapisan yang terbentuk. Ketebalan maksimum lapisan  diperoleh  pada  penggunaan  arus listrik  sebesar  8  Ampere  dan  waktu  proses selama  60  menit,  nilainya  adalah  0,116461 mm  (secara  teoritis)  dan  0,109  mm  (hasil
pengukuran), dimana selisih keduanya adalah 0,007  mm  (6,12%),      sedangkan  ketebalan minimum lapisan diperoleh pada
penggunaaan  arus  listrik  sebesar  4  Ampere dengan  waktu  proses  selama  30  menit, nilainya adalah 0,028423 mm (secara teoritis) dan  0,026  mm  (hasil  pengukuran),  dimana selisih keduanya adalah 0,002 mm (7,35%).
Selain  itu,  juga  dapat  diketahui  bahwa massa  lapisan  pada  permukaan  spesimen yang  diperoleh  secara  teoritis  dengan menggunakan perhitungan dasar elektrokimia,  mempunyai  nilai  yang    lebih tinggi  jika dibandingkan dengan nilai massa yang diperoleh dari
pengukuran (eksperimen),  kemungkinan  penyebabnya adalah  berasal  dari  faktor-faktor  yang  juga berhubungan dengan efisiensi proses, misalnya  tidak  tercapainya  kondisi  proses yang  ideal  pada  penyaluran  arus  listrik sehingga  energi  listrik  yang  dibangkitkan, kurang  efektif  menggerakkan  elektron  pada kedua  elektroda,  termasuk  menggerakkan ion-ion    pembawa  muatan  listrik  dalam larutan.  Hal  ini  akan  mengakibatkan  transfer material  diantara  kedua  elektroda  melalui larutan kurang berjalan dengan baik. Indikasi ini    juga  dapat    ditandai  dengan  adanya endapan  material  anoda  pada  dasar  wadah penampung.  Perbedaaan  nilai  massa  lapisan yang diperoleh berdasarkan hasil pengukuran (eksperimen)  dan  hasil  perhitungan  (secara teoritis),    termasuk  nilai  maksimum  dan minimum  dari  ketebalan  lapisan  yang terbentuk. Massa maksimum lapisan diperoleh  pada  penggunaan  arus  listrik sebesar  8  Ampere  dan  waktu  proses  selama 60  menit,  nilainya  adalah  5.2100  gr  (secara teoritis)  dan  4.8516  gr  (hasil  pengukuran), dimana  selisih  keduanya  adalah  0.3584  gr (6,88%),  sedangkan  massa  minimum  lapisan diperoleh  pada  penggunaaan  arus  listrik sebesar  4  Ampere  dengan  waktu  proses selama  30  menit,  nilainya  adalah  1.3025  gr (secara  teoritis)  dan  1.1902  gr  (hasil pengukuran), dimana selisih keduanya adalah 0.1123 gr (8,62%)

## KESIMPULAN
1) Kuat  arus  listrik  dan  Waktu  proses berpengaruh  terhadap  Ketebalan  dan Massa  lapisan  yang  terbentuk  pada proses  elektroplating.  Semakin  besar arus  listrik  dan  waktu  proses  yang digunakan,  maka  semakin  besar  pula ketebalan  dan  massa  lapisan  yang  dapat terbentuk.  Nilai  ketebalan  dan  massa lapisan  yang  diperoleh  secara  teoritis lebih  besar  dibandingkan  dengan  nilai yang diperoleh dari hasil pengukuran.
2) Ketebalan  maksimum  lapisan  diperoleh pada  penggunaan  arus  listrik  sebesar  8 Ampere  dan  waktu  proses  selama  60 menit,  sedangkan  ketebalan  minimum lapisan diperoleh pada penggunaaan arus listrik  sebesar  4  Ampere  dengan  waktu proses selama 30 menit. Hal yang sama, berlaku  juga  untuk  besaran  massa,  nilai maksimum  dari  massa  lapisan  diperoleh pada  penggunaan  arus  listrik  sebesar  8 Ampere  dan  waktu  proses  selama  60 menit,  sedangkan  massa  minimum lapisan diperoleh pada penggunaaan arus listrik  sebesar  4  Ampere  dengan  waktu proses selama 30 menit.

## DAFTAR PUSTAKA
Abrianto,    A.      2008.    Dasar-Dasar  Proses Elektroplating. http://www.slideshare. net/ .
Lawrence,  J.    1984. Electroplating Engineering  Handbook, 4 th Edition. Van  Nostrand  Reinhold  Company,
New York.
Lawrence, V.H.  2004.   Elemen-elemen Ilmu dan Rekayasa Material.   edisi keenam.
Erlangga, Jakarta.
Sukardjo.    1985.          Kimia  Fisika . Bina Aksara, Jakarta.
Rahayu,  S.S.    2009.      Dasar  Teori Elektroplating . http://www.chem-is- try.org/.