## OPTIMASI KUALITAS KEKASARAN PERMUKAAN PROSES
ELECTROPLATING MATERIAL SS400 MENGGUNAKAN METODE TAGUCHI
Mohammad Hartono 1* , Hari Arbiantara Basuki 2 , Andi Sanata 2
1 Alumni Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember
2 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember Jl. Kalimantan 37 Jember 68121
Email: *mohammad21anton@gmail.com

## ABSTRACT
Quality  of  product in  various  industries,  especially in  metal industry  is the  most  attention  so  the product can compete and attract consumers. Surface roughness is one of the demand that must be fulfilled because it can be the initiation of cracks, especially when material receives recurring and fluctuating loading. Therefore, low surface roughness can produce a product with longer lifespan material.  The  goal  of  this  study  is  to  determine  the  most  optimal  combination  of  electroplating process with factors variety of voltage (volts), temperature (℃), and time of immersion (minutes) to produce a low values of surface roughness. This study uses an experimental design with Taguchi method. Contribution factors of control that produce the surface roughness values were influenced significantly by control factor voltage (volts) amounted to 77.31% with an average roughness value of 1.29 μm. This is due to the increase in voltage which causes the deposition of electrolyte ions which is faster in the deposition structure of the specimen. Where as other control factors were not effected  significantly  on  the  temperature  control  factor  amounted  to  4.85%  with  an  average roughness  value  of  1,32  μm.  These  results  are  possible  because  the  temperature  variations  used (40℃ to 50℃) are still within the optimum operating temperature. And the other control factors is immersion  time  amounted  to  10.13%  with  an  average  roughness  value  of  1,32.  The  result  ware obtained because the length of coating time affected the quantity of deposition of nickel ions on the surface  of  the  specimen.  The  result  of  optimal  condition  is    the  voltage  level  2  (6  volts),  the temperature at level 2 (45℃), and the immersion time at level 3 (25 minutes) .
Keyword: Electroplating, Surface Roughness, SS400, Taguchi

## PENDAHULUAN
Pelapisan  material  adalah  salah  satu  cara meningkatkan  kualitas  suatu  produk  khususnya material  logam.  Pelapis  yang  digunakan  dalam teknik electroplating baja  dapat  berupa  lapis perak,  emas,  brass,  tembaga,  nikel  dan  krom. Penggunaan  lapisan  tersebut  disesuaikan  dengan kebutuhan dan kegunaan masing-masing material.
Tujuan pelapisan logam terdiri dari tiga hal yaitu untuk meningkatkan sifat teknis atau mekanis dari suatu  logam,  melindungi  logam  dari  korosi,  dan memperindah  tampilan  atau  disebut decorative [1].
Nikel  merupakan  material  pelapis  yang termasuk dalam kelompok electroplating decorative dan protektif .  Dasar  pemilihan  nikel untuk  pelapisan  ini  adalah  karena  memiliki kelebihan  pada  sifat  fisiknya  yaitu,  seperti  tahan terhadap  aus,  tahan  terhadap  korosi  dan  biasa dipakai dalam proses electroplating . Nikel sangat popular  dalam  plating,  karena  nikel  merupakan logam  plating  yang  paling  peka  responnya  atas aditif-aditif bak platingnya [2] .
Kekasaran permukaan dapat menjadi inisiasi retakan  terutama  ketika  material  tersebut menerima pembebanan berulang dan berfluktuasi. Spesimen dengan permukaan yang halus memiliki umur  lelah  material  yang  lebih  lama  [3]. Kekasaran permukaan memegang peranan penting  pada  kualitas  produk  dan  merupakan salah  satu  parameter  yang  penting  untuk mengevaluasi  dari  hasil  pengerjaan.  Sehingga kekasaran  permukaan  menjadi  tuntutan  yang harus terpenuhi [4].
Material  SS400  merupakan  salah  satu  baja
(main steel ) yang paling umum digunakan didunia perindustrian.  Material  ini  banyak  dipakai  untuk aplikasi  struktur/konstruksi  umum  ( general purpose  structural  steel )  misalnya  dipakai  untuk konstruksi  jembatan,  pelat  kapal  laut,  kerangka kereta api dan lain sebagainya [5].
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk mengetahui  pengaruh  parameter  tegangan,  suhu larutan  dan  waktu  pelapisan  pada  proses electroplating material  baja  karbon  rendah  SS400
dengan  nikel  sebagai  pelapisnya  menggunakan metode Taguchi.

## METODE PENELITIAN
Penelitian ini menggunakan design eksperimental dengan metode Taguchi. Penelitian meliputi kegiatan utama yaitu pengujian.  Untuk pembuatan dan pengujian keduanya dilakukan di Laboratorium  Bengkel  Kerja  Logam  dan  Uji Material,  Fakultas  Teknik,  Universitas  Jember pada bulan September – Oktober 2019. Peralatan dan  bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah sebagai berikut:
• Material baja karbon rendah SS400
• Larutan pickling (HCL)
• Larutan degreasing (NaOH)
• Larutan bright nickel
• Alat Electroplating (Pelapisan logam menggunakan listrik)
• Alat  uji  kekasaran  permukaan  ( roughness tester)
Prosedur Penelitian a. Mempersiapkan alat dan bahan.
b. Membuat  dan  membentuk  spesimen  uji (SS400)  sesuai  dengan  dimensi  yang  telah direncanakan sebanyak 27 buah.
c. Membersihkan benda kerja secara mekanis.
d. Membuat  dan  membersihkan  dengan  larutan cuci asam ( pickling ). e. Membersihkan
spesimen
untuk menghilangkan minyak ( degreasing ). f. Membilas spesimen dengan aquades g. Mengeringkan spesimen.
h. Membuat  larutan  elektrolit bright  nickel dengan  komposisi  250  g/L Nickel  Sulfat (NiSO4),  50  g/L Nickel  Chlorid (NiCl2),  40 g/L Boric Acid (H3BO3), 2-3 ml/l Brightener Mnt dan 1-2 ml/l Brightener MU.
i. Mengatur  suhu  larutan  pada  suhu  yang  telah ditentukan.
j. Memasukkan  spesimen  kedalam  larutan dengan  waktu  dan  tegangan  yang  telah divariasikan.
k. Melakukan  pengujian  kekasaran  permukaan menggunakan  alat  uji Surface  Roughness sesuai dengan ASTM [6].
l. Analisa  perbedaan  kekasaran  dengan  metode ANOVA dan taguchi.
m. Mendapatkan  kesimpulan  dari  data  hasil penelitian yang sudah dilakukan.
Metode Analisis Desain  eksperimen  yang  digunakan  pada penelitian  ini  menggunakan  metode  Taguchi orthogonal array (L9) yang mempunyai kombinasi  3  parameter  dengan  setiap  parameter memiliki  3  level  sebagaimana  ditunjukkan  pada Tabel 1 dan Tabel 2 dibawah ini.
Tabel 1. Parameter dan level
Kode Faktor Level 1 Level 2 Level 3 A Tegangan 3 volt 6 volt 9 volt B Suhu Larutan 40℃ 45℃ 50℃ C Waktu Pelapisan 15menit  20menit  25menit Tabel 2. Matrix orthogonal array (L9) No Faktor Kendali Level A (volt) Level B (℃) Level C (menit) 1 3 40 15 2 3 45 20 3 3 50 25 4 6 40 20 5 6 45 25 6 6 50 15 7 8 9 9 40 45 25 15 9 9 50 20

## HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Data Hasil Eksperimen
Hasil  pelapisan  logam  pada  penelitian ini ditunjukkan pada gambar 1 di bawah ini.
Gambar 1. Hasil pelapisan logam ( Electroplating )
Data  hasil  pada  penelitian  ini  diperoleh berdasarkan  rancangan  percobaan  menggunakan teori taguchi berupa matriks ortogonal L9(3³). Parameter  proses  electroplating  pada  penelitian ini yaitu tegangan (volt), suhu larutan (℃), waktu pelapisan  (menit). Berikut  hasil  percobaan  yang telah  dilaksanakan  didapatkan  data  seperti  yang ditunjukan pada tabel 3 sebagai berikut:
Tabel 3. Data nilai kekasaran permukaan
Komb. Kekasaran permukaan (μm) Rata-rata I II III 1 1,38 1,41 1,39 1,39 2 1,35 1,36 1,35 1,35 3 1,36 1,37 1,36 1,37
4 1,29 1,30 1,30 1,29 5 1,28 1,26 1,27 1,27 6 1,31 1,31 1,32 1,31 7 1,32 1,35 1,32 1,33 8 1,35 1,35 1,36 1,36 9 1,36 1,38 1,37 1,37 Rata-rata total 1,34

## 2. Perhitungan S/N Rasio
Pada  metode  taguchi  ada  3  pemilihan karakteristik  pemilihan  respon  yaitu  smaller  the better,  nominal  the  best,  larger  the  better.  Pada penelitian ini nilai kekasaran permukaan semakin kecil  semakin  baik  maka  pemilihan  karakteristik S/N  rasio  yaitu  smaller  the  better. Contoh perhitungan S/N rasio nilai kekasaran permukaan dengan karakteristik kualitas respon semakin kecil semakin baik pada kombinasi yang pertama yaitu sebagai berikut.
𝑆 𝑁 ⁄ = −10𝑙𝑜𝑔 ( 1 𝑛 ∑ 𝑌 𝑖 2 𝑟 𝑖=1 ) S/N  = − 10 log [ 1,38 2 + 1,41 2 + 1,39 2
3 ]
S/N = −10 log 1,94

## S/N =   −2,87
Perhitungan S/N rasio untuk setiap respon di semua kombinasi ditunjukan pada tabel 4 sebagai berikut:
Tabel 4. Data hasil S/N rasio Komb Kekasaran permukaan (μm) I II III S/N Rasio 1. 1,38 1,41 1,39 -2,87 2. 1,35 1,35 1,35 -2,62 3. 1,36 1,37 1,36 -2,71 4. 1,29 1,30 1,30 -2,27 5. 1,27 1,26 1,27 -2,08 6. 1,31 1,31 1,32 -2,36 7. 1,32 1,35 1,32 -2,48 8. 1,35 1,35 1,36 -2,65 9. 1,38 1,41 1,39 -2,74

## 3. Kombinasi variasi optimal
Nilai yang paling optimal didapatkan dari perhitungan  nilai  rata-rata  tiap  level.  Nilai  rata- rata tertinggi merupakan nilai yang paling optimal pada  parameter  yang  digunakan.  Berikut  nilai yang paling optimal
a. Tegangan : 6 volt
b. Suhu Larutan : 45℃
c. Waktu Pelapisan : 25 menit
Gambar 2 Nilai plot rata-rata S/N rasio
4. ANOVA, Uji F, dan Persentase Kontribusi ANOVA  digunakan  untuk  mengetahui kontribusi  setiap  parameter  terhadap  keluaran yang  diteliti. Hasil perhitungan ANOVA didapatkan  dari software MiniTab  19.  Tabel  5 menunjukkan hasil perhitungan ANOVA.
Tabel 5. Hasil ANOVA proses electroplating
Sumber DK SS MS F hitung Tegang an 2 0,41428 0,20714 41,21 Suhu 2 0,03545 0.01772 3,53 Waktu 2 0,06303 0.03151 6,27 Residua 2 0,01005 0,00502 Total 8 0,52283
Dapat  disimpulkan  pada  tabel  nilai Fhitung > F tabel maka  nilai  tersebut  mempunyai  pengaruh yang  signifikan.  Nilai  F tabel pada  penelitian  ini sebesar  19,00.  Dapat  dilihat  bahwa  hanya tegangan  memiliki pengaruh  yang  signifikan terhadap nilai kekasaran permukaan.
Persen  kontribusi  dari  tiap  faktor  kendali yang  digunakan  pada  proses electroplating terdapat pada tabel 6 di bawah ini dengan contoh perhitungannya adalah sebagai berikut:
SS A ′ =   SS A −   MS e (DK A ) SS A ′ =  0,41428 −  0,005027(2) SS A ′ =  0,41428 −  0,0010054 SS A ′ = 0,404228
ρ A = SS A ′ SS T x100%
ρ A = 0,41428
0.5228 x100%
ρ A = 77,31 %
Tabel 6. Persen kontribusi tiap faktor kendali Simbol Faktor Kendali SS’ Ρ A Tegangan 0,4042 77,31% B Suhu 0,0254 4,85% C Waktu 0,0529 10,13% R Residual 7,69% Total 100%

## 5. Prediksi Respon Optimal
Prediksi  nilai  kekasaran  permukaan optimal berdasarkan kombinasi rata-rata nilai S/N rasio pada setiap level dari parameter yang sedang diteliti. Pada gambar 2. kombinasi level dari tiap parameter yang paling berpengaruh terhadap nilai kekasaran  permukaan  yang  optimal  adalah sebagai berikut :
a. Tegangan (volt)  pada level 2
b. Suhu larutan (℃) pada level 2
c. Waktu pelapisan (menit)  pada level 3
Nilai  prediksi  kekasaran  dihitung  menggunakan persamaan sebagai berikut :
𝜇 ̂ = 𝛾 𝑚 ∑ (𝛾 ̅ 𝑖 − 𝛾 𝑚 ) 𝑞 𝑖=1 𝜇 ̂ = -2,53 +(−2,23 − (−2,53)) + (−2,45 − (−2,53)) +          (−2,42 − (−2,53))
𝜇 ̂ = −2,53 + 0,29 + 0,11 + 0,10
𝜇 ̂ = −2,04
6. A Pembahasan
1. Tegangan
Berubahnya  nilai  kekasaran  disebabkan karena  adanya  proses  pengendapan  ion-ion elektrolit  yang  lebih  cepat  akibat  dari meningkatnya tegangan, sehingga akan lebih banyak  atom  hidrogen  yang  masuk  secara interstiti  kedalam  struktur  endapan.  Hal  itu juga  menyebabkan  jumlah  ion  Ni 2+ semakin banyak  yang  terlepas  dari  larutan  dan mengendap pada katoda (spesimen).
2. Suhu Larutan
Hasil  nilai  kekasaran  permukaan  yang didapatkan  relatif  sama  atau  tidak  banyak berubah  meskipun  dilakukan  variasi  suhu larutan.  Hal  tersebut  dimungkinkan  terjadi
karena variasi yang digunakan (40℃ sampai 50℃) masih berada didalam suhu operasional optimum.  Hal  itu  terjadi  karena  suhu operasional  cukup  rendah.  Akan  tetapi apabila  suhu  yang  digunakan  terlalu  tinggi, maka lapisan menjadi tidak merata dan dapat meningkatkan kekasaran permukaan
3. Waktu Pelapisan
Hasil  nilai  kekasaran  permukaan  yang didapatkan  relatif  sama  atau  tidak  banyak berubah  meskipun  dilakukan  variasi  waktu pelapisan. Grafik yang mengalami penurunan tersebut  disebabkan  karena  lamanya  waktu pelapisan mempengaruhi
kuantitas
pengendapan  ion  nikel  yang  terjadi  dengan mengisi  kekosongan  ion  di  pori-pori permukaan  yang  ada  pada  permukaan spesimen  sehingga  hasil  yang  didapatkan semakin  merata  dan  permukaan  spesimen semakin halus.

## KESIMPULAN
Hasil  analisa  menggunakan  metode taguchi  mengenai  optimasi  proses electroplating didapatkan kesimpulan bahwa :
a. Pengaruh faktor pada tegangan yaitu semakin besar  tegangan  yang  digunakan  maka  akan semakin  besar  nilai  kekasaran  permukaan yang didapat dengan nilai persentasi kontribusi  sebesar  77,31%  dengan  nilai kekasaran rata-rata sebesar 1,29μm, pengaruh faktor  pada  suhu  larutan  menghasilkan  nilai kekasaran permukaan paling baik pada level 2 dengan  nilai  kekasaran  rata-rata  sebesar  1,32 μm dan persentase kontribusi sebesar 4,85%, sedangkan  pengaruh  faktor  pada  waktu pelapisan yaitu semakin lama waktu pelapisan maka  semakin  kecil  nilai  kekasaran  yang didapatkan  dengan  nilai  kekasaran  rata-rata sebesar  1,32  μm  dan  persentase  kontribusi sebesar 10,13%.
b. Faktor kendali paling optimal yang didapatkan adalah  pada  tegangan  level  2  (6  volt),  suhu larutan  level  2  (45℃),  dan  waktu  pelapisan level 3 (25 menit).

## SARAN
Pada  penelitian  selanjutnya  untuk  proses pretreatment dilakukan  dengan  menggunakan ampelas  yang  paling  halus  sampai  dengan  mesh 3000  untuk  mendapatkan  kekasaran  permukaan yang lebih baik sehingga setelah dilakukan proses pelapisan  menghasilkan  lapisan  yang  lebih  baik juga. Penelitian ini juga dapat dilanjutkan dengan menggunakan  parameter-parameter  lain  yang memiliki  pengaruh  terhadap  nilai  kekasaran seperti  kuat  arus,  jenis  larutan,  konsentrasi larutan, jarak anoda katoda dan sistem agitasi.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Ananta,  R.H  dan  Sakti,  A.M.  2016. Pengaruh variasi waktu celup dan kuat arus terhadap  ketebalan  permukaan  dan  struktur mikro  baja  ST  41  pada  proses  pelapisan nikel. JTM 04(03): 479-488
[2] Sutomo., Senen., dan Rahmat. 2010. Pengaruh Arus  dan  Waktu  Pada  Pelapisan  Nikel dengan  Elektroplating  untuk  Bentuk  Plat. Program  Diploma  III  Teknik  Mesin,  FT. Semarang: 23-28.
[3]  Kenang, M.F., Sutikno,E., Soenoko,R. 2013. Pengaruh  Tegangan  Listrik  Dan  Kuat  Arus Pada  Proses  Hard  Anodizing  Alumunium
6061  Untuk  Konsentrasi  H3PO4  (2mol) Terhadap Kekasaran Dan Porositas Permukaan. Malang.
[4]  Petropoulos,  G.,  Kechagias,  J.,  Akis,  V.I., dan Maropoulos, S. 2009. Surface Roughness  Investigation  of  a  Reinforced Polymer Composite . International
Conference  on  Economic  Engineering  and Manufacturing Systems.
[5]  Ratnanto,  Fitriadi  dan  Ardy  Y.  2013. Pentingnya  Perancangan Process Dalam Konsep  Desain  Produk  Pada  Departemen Teknologi  Produksi.  Simposium  Nasional Teknologi  Terapan  (SNTT).  Universitas Muhammadiyah Surakarta.
[6]  ASTM. 2013. ASTM D 7127 – 13. Standard Test  Method  for  Measurement  of  Surface Roughness of Abrasive Blast Cleaned Metal Surfaces Using a Portable Stylus Instrument.
Philadelphia, PA: ASTM.