Korosi Logam (Metal Corrosion)

Korosi Logam

Primary reference :

Fontana, Mars.G, Corrosion Engineering, Mc Graw-Hills, New york, 1987

Dalam kehidupan sehari-hari, sering kita jumpai berbagai benda yang terbuat dari logam seperti  pagar halaman, pisau, paku, kawat, kerangka gedung bertingkat, kapal, dan berbagai jenis kendaraan, mengalami kerusakan pada permukaannya. Proses perusakan pada permukaan logam yang disebabkan oleh reaksi kimia disebut korosi atau sering dikenal dengan bahasa "karatan". berikut beberapa contoh benda yang sudah terkorosi :

jembatan yang terkorosi
(sumber : kfk.kompas.com)

baut dan mur pagar halaman yang terkorosi
(sumber : doliphoto.wordpress.com)

bodi mobil yang terkorosi
(sumber : www.e-dukasi.net)

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

Hasil pembakaran BBM pada kendaraan berupa asap merupakan salah satu pemicu korosi
(sumber : kompas.com)

Pengertian Korosi 

Korosi adalah proses perusakkan logam, dimana logam akan mengalami penurunan mutu (degradation) karena bereaksi dengan lingkungan baik itu secara kimia maupun elektrokimia pada saat pemakaiannya. Korosi (Perkaratan) merupakan reaksi redoks spontan antar logam dengan zat yang ada di sekitarnya dan menghasilkan senyawa yang tidak dikehendaki biasanya berupa oksida logam atau logam karbonat (karat). 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 

H₂2H⁺_(aq) + 2e_- → H_2(g)

•   Reduksi Ion Logam

L³⁺_(aq) + e^- → L²⁺_(aq)

•   Deposisi Logam

L⁺_(aq) + e^- → L_(s)

 logam besi yang belum terkorosi                   Logam besi yang sudah terkorosi

(sumber: indonetwork.co.id) 

(sumber: http://kimia.upi.edu)

Perhatikan contoh reaksi korosi yang terjadi pada logam besi berikut:

	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 O2(aq) + H2O(I) + 2e- → 2OH-(aq)	O2(aq) + 4H+(aq) + 4e- →2H2O(I)

Pada kondisi netral atau basa, ion Fe²⁺ dan OH^- selanjutnya membentuk endapan Fe(OH)₂.   Di udara, Fe(OH)₂ tidak stabil dan membentuk Fe₂O₃ xH₂O. Inilah yang disebut karat. Pada kondisi asam, banyaknya ion H⁺ memicu terjadinya reaksi reduksi lainnya yang juga berlangsung, yakni evolusi atau oembentukan hidrogen menurut persamaan reaksi: 2H⁺_(aq) + 2e^- → H_2(g). Adanya 2 reaksi di katode pada kondisi asam menyebabkan lebih banyak logam besi yang teroksidasi. Hal ini menjelaskan mengapa korosi paku besi pada kondisi asam lebih besar daripada korosi dalam air.   

Faktor Yang Mempengaruhi Korosi

Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi 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.

pengotor yang mempercepat korosi pada permukaan logam
(sumber: http://rumahcor.com)

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.

http://corrosion.ksc.nasa.gov/pittcor.htm

bangkai kapal di dasar laut yang telah terkorosi oleh kandungan garam yang tinggi

(sumber: http://www.diveholidayisle.com)

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).

 

knalpot kendaraan bermotor yang mudah terkorosi akibat temperatur tinggi

(sumber: http://202.43.165.157/gramedia/otomotif/otoweb/index.php?)

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.

korosi pada kondisi asam lebih cepat terjadi                          logam besi yang belum terkorosi pada kondisi netral

                                 

(sumber: http://www.cosmoeng.co.jp)

6. Metalurgi

• Permukaan logam

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

 

permukaan logam yang kasar cenderung mengalami korosi

(sumber: http://www.flickr.com)

• 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.

korosi pada permukaan logam yang disebabkan oleh mikroba

 

(sumber: http://gadang-e-bookformaterialscience.blogspot.com)

koloni bakteri Thiobacillus ferrooxidans pada permukaan logam besi yang terkorosi

 

(sumber: http://filebox.vt.edu)

koloni bakteri Thiobacillus thiooxidans yang dapat menyebabkan korosi pada logam

 

(sumber: http://textbookofbacteriology.net)

Faktor-faktor  yang mempengaruhi korosi di atas merupakan salah satu penentu dalam penamaan atau klasifikasi korosi. berdasarkan klasifikasi NASA, berikut jenis-jenis korosi pada logam :

Klasifikasi korosi

Bentuk-bentuk korosi yang dijelaskan di sini menggunakan terminologi yang digunakan di NASA-KSC. Ada beberapa metode yang sama validnya dalam pengklasifikasian korosi, dan tidak ada terminologi yang mutlak digunakan universal di dunia. Perlu diingat bahwa situasi tertentu dapat menyebabkan beberapa bentuk korosi pada bagian yang sama dari material.

Tabel berikut berisi gambar dan review dari jenis-jenis korosi berdasarkan terminologi yang digunakan NASA-KSC. Tulisan tetap dalam bahasa inggris dengan tujuan tetap mengedepankan esensi penelitian NASA.

Illustration	Form of Corrosion
	Uniform Corrosion This is also called general corrosion. The surface effect produced by most direct chemical attacks (e.g., as by an acid) is a uniform etching of the metal. detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/unifcor.htm
	Galvanic Corrosion Galvanic corrosion is an electrochemical action of two dissimilar metals in the presence of an electrolyte and an electron conductive path. It occurs when dissimilar metals are in contact. detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/galcorr.htm
	Concentration Cell Corrosion Concentration cell corrosion occurs when two or more areas of a metal surface are in contact with different concentrations of the same solution. detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/conccor.htm
	Pitting Corrosion Pitting corrosion is localized corrosion that occurs at microscopic defects on a metal surface. The pits are often found underneath surface deposits caused by corrosion product accumulation. detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/pittcor.htm
	Crevice Corrosion Crevice or contact corrosion is the corrosion produced at the region of contact of metals with metals or metals with nonmetals. It may occur at washers, under barnacles, at sand grains, under applied protective films, and at pockets formed by threaded joints. detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/crevcor.htm
	Filiform Corrosion This type of corrosion occurs on painted or plated surfaces when moisture permeates the coating. Long branching filaments of corrosion product extend out from the original corrosion pit and cause degradation of the protective coating. detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/filicor.htm
	Intergranular Corrosion Intergranular corrosion is an attack on or adjacent to the grain boundaries of a metal or alloy. detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/intercor.htm
	Stress Corrosion Cracking Stress corrosion cracking (SCC) is caused by the simultaneous effects of tensile stress and a specific corrosive environment. Stresses may be due to applied loads, residual stresses from the manufacturing process, or a combination of both. detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/stresscor.htm
	Corrosion Fatigue Corrosion fatigue is a special case of stress corrosion caused by the combined effects of cyclic stress and corrosion. No metal is immune from some reduction of its resistance to cyclic stressing if the metal is in a corrosive environment. detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/faticor.htm
	Fretting Corrosion The rapid corrosion that occurs at the interface between contacting, highly loaded metal surfaces when subjected to slight vibratory motions is known as fretting corrosion. detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/fretcor.htm
	Erosion Corrosion Erosion corrosion is the result of a combination of an aggressive chemical environment and high fluid-surface velocities. detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/eroscor.htm
	Dealloying Dealloying is a rare form of corrosion found in copper alloys, gray cast iron, and some other alloys. Dealloying occurs when the alloy loses the active component of the metal and retains the more corrosion resistant component in a porous "sponge" on the metal surface. detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/dealloying.htm
	Hydrogen Damage Hydrogen embrittlement is a problem with high-strength steels, titanium, and some other metals. Control is by eliminating hydrogen from the environment or by the use of resistant alloys. detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/hydrodam.htm
	Corrosion in Concrete Concrete is a widely-used structural material that is frequently reinforced with carbon steel reinforcing rods, post-tensioning cable or prestressing wires. The steel is necessary to maintain the strength of the structure, but it is subject to corrosion. detail explanation :  http://corrosion.ksc.nasa.gov/corrincon.htm
	Microbial Corrosion Microbial corrosion (also called microbiologically -influenced corrosion or MIC) is corrosion that is caused by the presence and activities of microbes. This corrosion can take many forms and can be controlled by biocides or by conventional corrosion control methods. detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/microbial.htm

(sumber langsung dari : http://corrosion.ksc.nasa.gov/corr_forms.htm 

Uniform Corrosion

This is also called general corrosion. The surface effect produced by most direct chemical attacks (e.g., as by an acid) is a uniform etching of the metal.

detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/unifcor.htm

Galvanic Corrosion

Galvanic corrosion is an electrochemical action of two dissimilar metals in the presence of an electrolyte and an electron conductive path. It occurs when dissimilar metals are in contact.

detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/galcorr.htm

Concentration Cell Corrosion

Concentration cell corrosion occurs when two or more areas of a metal surface are in contact with different concentrations of the same solution.

detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/conccor.htm

Pitting Corrosion

Pitting corrosion is localized corrosion that occurs at microscopic defects on a metal surface. The pits are often found underneath surface deposits caused by corrosion product accumulation.

detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/pittcor.htm

Crevice Corrosion

Crevice or contact corrosion is the corrosion produced at the region of contact of metals with metals or metals with nonmetals. It may occur at washers, under barnacles, at sand grains, under applied protective films, and at pockets formed by threaded joints.

detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/crevcor.htm

Filiform Corrosion

This type of corrosion occurs on painted or plated surfaces when moisture permeates the coating. Long branching filaments of corrosion product extend out from the original corrosion pit and cause degradation of the protective coating.

detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/filicor.htm

Intergranular Corrosion

Intergranular corrosion is an attack on or adjacent to the grain boundaries of a metal or alloy.

detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/intercor.htm

Stress Corrosion Cracking
Stress corrosion cracking (SCC) is caused by the simultaneous effects of tensile stress and a specific corrosive environment. Stresses may be due to applied loads, residual stresses from the manufacturing process, or a combination of both.

detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/stresscor.htm

Corrosion Fatigue

Corrosion fatigue is a special case of stress corrosion caused by the combined effects of cyclic stress and corrosion. No metal is immune from some reduction of its resistance to cyclic stressing if the metal is in a corrosive environment.

detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/faticor.htm

Fretting Corrosion
The rapid corrosion that occurs at the interface between contacting, highly loaded metal surfaces when subjected to slight vibratory motions is known as fretting corrosion.

detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/fretcor.htm

Erosion Corrosion

Erosion corrosion is the result of a combination of an aggressive chemical environment and high fluid-surface velocities.

detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/eroscor.htm

Dealloying
Dealloying is a rare form of corrosion found in copper alloys, gray cast iron, and some other alloys. Dealloying occurs when the alloy loses the active component of the metal and retains the more corrosion resistant component in a porous "sponge" on the metal surface.

detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/dealloying.htm

Hydrogen Damage
Hydrogen embrittlement is a problem with high-strength steels, titanium, and some other metals. Control is by eliminating hydrogen from the environment or by the use of resistant alloys.

detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/hydrodam.htm

Corrosion in Concrete

Concrete is a widely-used structural material that is frequently reinforced with carbon steel reinforcing rods, post-tensioning cable or prestressing wires. The steel is necessary to maintain the strength of the structure, but it is subject to corrosion.

detail explanation : 

http://corrosion.ksc.nasa.gov/corrincon.htm

Microbial Corrosion

Microbial corrosion (also called microbiologically -influenced corrosion or MIC) is corrosion that is caused by the presence and activities of microbes. This corrosion can take many forms and can be controlled by biocides or by conventional corrosion control methods.

detail explanation : http://corrosion.ksc.nasa.gov/microbial.htm

Dampak Korosi

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 menyerang permesinan industri, infrastruktur, sampai perangkat transportasi di negara adidaya tersebut mencapai 276 miliar dollar AS. jembatan yang runtuh akibat korosi yang terjadi pada tiang penahannya   (sumber: http://www.matcoinc.com) 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 korosi yang menyebabkan kebocoran pada pipa yang terbuat dari logam   (sumber: http://www.radarbuton.com) 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 biaya akibat 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  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 O2(aq)2 + H2O(I) + 2e- → 2OH-(aq)   pencegahan korosi pipa baja menggunakan metode proteksi katodik dengan anode korban batang Mg 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). pipa minyak diproteksi menggunakan metode ICCP   (sumber: http://rizkisaputro.wordpress.com) rectifier, yang berfungsi untuk menstabilkan arus listrik yang disuplai ke anode inert   (sumber: http://www.metalindoabadi.com) daftar pustaka : 1. http://e-dukasi.net 2.  http://id.wikipedia.org/wiki/Korosi 3.  digilib.its.ac.id 4.  library.usu.ac.id 5.  www.electrochem.org 6.  corrosion.ksc.nasa.gov/corr_forms.htm 7. metals.about.com 8.  www.asminternational.org 9.  www.cortec-india.com 10. http://www.boeing.com 11. http://corrosionjournal.org