Kakisan adalah satu
proses semula jadi, yang menukarkan logam elegan kepada bentuk yang lebih
stabil, seperti oksida, hidroksida, atau sulfida. Ia adalah kemusnahan beransur-ansur
daripada bahan (biasanya logam) oleh tindak balas kimia dengan persekitaran
mereka. kejuruteraan kakisan adalah bidang khusus untuk mengawal dan menghalang
hakisan.
Ianya elemen yang
jarang ditemui dalam keadaan logam tulen. Sebaliknya mereka didapati dalam
kombinasi kimia dengan satu atau lebih banyak unsur bukan logam. Ini gabungan
kimia yang dikenali sebagai bijih. Besi, tembaga, dan bijih zink adalah tiga
daripada bijih yang paling biasa ditemui di kerak bumi.
Dalam penggunaan
yang paling biasa dengan perkataan, ini bermakna pengoksidaan elektrokimia
logam dalam tindak balas dengan oksidan seperti oksigen atau sulfur. Karat,
pembentukan oksida besi, adalah contoh yang terkenal kakisan elektrokimia.
Jenis kerosakan biasanya menghasilkan oksida atau garam iaitu logam asal, dan
keputusan dalam pewarnaan oren tersendiri. Kakisan juga boleh berlaku dalam
bahan-bahan selain daripada logam, seperti seramik atau polimer, walaupun dalam
konteks ini, istilah "pencemaran" adalah lebih biasa. Kakisan
merendahkan ciri-ciri berguna bahan dan struktur termasuk kekuatan, rupa dan
kebolehtelapan untuk cecair dan gas.
Banyak aloi struktur
yang mengakis sekadar daripada pendedahan kepada kelembapan di udara, tetapi
proses itu boleh terjejas oleh pendedahan kepada bahan-bahan tertentu. Kakisan
boleh tertumpu pada beberapa peringkat untuk membentuk sebuah lubang atau
retak, atau ia boleh melanjutkan di seluruh kawasan yang luas lebih kurang
seragam mengakis permukaan. Kerana kakisan adalah satu proses penyerapan
dikawal, ia berlaku atas permukaan yang terdedah. Hasilnya, kaedah untuk
mengurangkan aktiviti permukaan terdedah seperti pempasifan dan penukaran
kromat, boleh meningkatkan rintangan kakisan bahan ini. Walau bagaimanapun,
beberapa mekanisme kakisan yang kurang jelas dan sukar untuk diramal.
Kakisan logam
termasuk kedua-dua pengoksidaan atau pendedahan kepada oksigen dalam alam
sekitar dan proses elektrokimia yang bermaksud sel kakisan bahan logam di
permukaannya yang sangat mempercepatkan perubahan logam kembali kepada keadaan
bijih dan melibatkan kedua-dua tindak balas kimia dan aliran elektron. Proses
asas elektrokimia yang mendorong kakisan logam adalah tindakan galvani, di mana
semasa dalaman oleh tindak balas fizikal dan kimia yang berlaku antara komponen
sel.
Kakisan Pengoksidaan Terus
Kakisan jenis ini dikenali juga sebagai kakisan kering. Kebanyakan logam
mengalami kakisan kering disebabkan tindakbalas kimia dengan gas oksigen di
dalam atmosfera. Apabila logam-logam itu bertindakbalas dengan oksigen, satu
lapisan oksida terbentuk di atas permukaannya. Jikalau lapisan ini tidak
dibuang, lama kelamaan ianya akan mengkakis kesemua logam tersebut. Sesetengah
logam seperti zink akan membentuk lapisan oksida apabila terkakis, tetapi
lapisan zink oksida adalah tinggi ketumpatannya dan secara tidak langsung ia
mencegah kakisan zink yang lain yang berada di bawah lapisan zink oksida
tersebut. Logam seperti besi tidak boleh terkakis dengan tindakan udara sahaja,
tetapi melalui kombinasi udara dan lembapan. Lapisan bahan kakisan yang di atas
besi adalah poros dan berkecai-kecai dan satu lapisan karat lain akan terbentuk
di bawah lapisan karat yang pertama menyebabkan lapisan pertama mengelupas.
Proses kakisan besi akan berterusan selagi permukaan besi tersebut tidak
dilindungi. Pada besi juga jika ianya dipanaskan bersama dengan gas oksigen di
dalam relau, maka akan terjadi satu tindakbalas kimia yang mana hasil dari
proses ini sisik-sisik hitam akan wujud pada logam tersebut :
Jadual di bawah
menunjukkan logam yang mana lebih anodic dan katodik secara relatif:
Jenis Logam
|
Potensi
Elektrod
|
|
Emas
Platinum
Perak
Kuprum
Hydrogen
Besi
Plumbum
Timah
Nikel
Cadmium
Kromium
Zink
Aluminium
Magnesium
|
+1.50
+0.86
+0.80
+0.52
+0.00
-0.05
-0.13
-0.14
-0.25
-0.40
-0.74
-0.76
-1.66
-2.37
|
Lebih katodik
Lebih anodik
|
Kakisan Elektrokimia
Kakisan ini yang juga
dikenali sebagai kakisan basah berlaku pada suhu biasa (suhu bilik) dalam
suasana kehadiran lembapan atau elektrolit. Kebanyakkan logam terkakis melalui
kakisan jenis ini. Kakisan ini melibatkan kedudukkan sesuatu logam di dalam
siri elektrokimia, yang menyebabkan kerosakkan logam secara perlahan tetapi
berkesan. Dalam proses ini logam akan berubah menjadi ion atau sebatian kimia
dan dengan bantuan eletrolit, ia menjadi satu larutan yang mengalirkan arus
elektrik iaitu ion +ve dan -ve. Kakisan ini adalah disebabkan oleh perpindahan
ion +ve dan ion -ve di antara dua logam yang berlainan potensi.
Kakisan Elektrokimia
Kakisan eletrokimia juga berlaku terhadap bahan yang sama apabila
terdapatnya titik air daripada yang berada di bawah bahagian tengah titik air
tersebut. Permukaan besi perbezaan tumpuan oksigen. Contohnya ialah jika
terdapat setitik air di atas permukaan besi maka tumpuan oksijen adalah lebih
pada permukaan besi di bawah bahagian tepi yang kurang tumpuan oksigen adalah
anodik dan besi yang mempunyai lebih tumpuan oksigen adalah katodik. Oleh
kerana terdapat bahagian anodik dan katodik, maka bahagian tengah permukaan
besi mengalami kakisan. Titik air di dalam proses kakisan ini bertindak sebagai
bahan eletrolit.
Di antara aloi-aloi logam terdapat juga kakisan eletrokimia, contohnya
ialah aloi loyang iaitu aloi kuprum dengan zink. Di dalam aloi ini kuprum
adalah katodik dan zink adalah anodik, lama kelamaan zink di dalam loyang akan
terkakis disebabkan kakisan eletrokimia. Bahan eletrolit di dalam kakisan jenis
ini kelembapan atmosfera yang membentuk suatu lapisan di atas permukaan loyang.
Loyang yang mengalami kakisan zink akhirnya menjadi rapuh dan lemah.
Jenis-jenis Kakisan
Kakisan boleh dikelaskan mengikut keadaan logam yang
telah menjadi kakis seperti berikut:
Kakisan Tumpuan
Kakisan ini berlaku
pada satu-satu tempat atau lubang pada permukaan logam. Ini akan menyebabkan
logam akan menjadi lemah pada tempat tersebut. Bahagian kecil yang lemah ini
akan menjadi anodik, manakala bahagian yang besar akan menjadi katodik.
Kakisan Antara Bijian
Kakisan ini terjadi
disepanjang sempadan bijian yang sensitif kepada kakisan. Pada amnya, ia
berlaku disebabkan oleh potensi yang berbeza diantara atom pada satu sempadan
dengan sempadan yang bersebelahan dan akan mewujudkan sempadan anod dan katod.
Kakisan ini selalunya bermula pada permukaan logam dan akan melarat cepat
kedalam disebabkan oleh struktur dalaman yang tidak elok.
Kakisan Antara Bijian
Kakisan Celahan
Biasanya terjadi pada
bahagian yang retak atau dicelah pertemuan dua permukaan yang terpasang.
Kakisan ini boleh terjadi pada celahan permukaan logam yang sama atau berbeza.
Kakisan Celahan
Kakisan Tegasan
Jenis
kakisan tegasan melibatkan logam yang sejenis tetapi mempunyai kawasan-kawasan
tegasan yang berlainan di dalam barangan tersebut. Bahagian-bahagian barangan
yang tinggi nilai tegasannya adalah anodik dan bahagian lain adalah katodik.
Apabila barangan ini terdedah kepada bahan elektrolit maka bahagian yang tinggi
tegasannya akan terhakis yang disebabkan oleh perbezaan kawasan tegasan.
Kakisan jenis ini dapat dielakkan melalui rekabentuk baik dan sesuai yang boleh
mengelakkan daripada terdapatnya perbezaan kawasan tegasan yang ketara.
Pencegahan Kakisan
Pemilihan Bahan
Pemilihan bahan adalah peringkat yang paling awal dan
mudah dalam mencegah kakisan. Untuk tujuan ini, kedudukan bahan dalam siri
elektrokimia perlu diambil perhatian. Selain daripada kos yang rendah, faktor
rintangan kepada kakisan yang tinggi perlu diambil kira dalam memilih bahan.
Rekabentuk (Design)
Kakisan boleh dielak
dengan memilih rekabentuk yang sesuai. Rekabentuk mestilah mengambil kira
faktor-faktor berikut:-
- Elakkan daripada menggunakan bahan yang
berlainan untuk mencegah daripada berlakunya kakisan galvani.
Walaubagaimanapun, jika terpaksa menggunakan bahan yang sama, pilih logam yang
mempunyai potensi yang terhampir dalam siri elektrokimia.
- Elakkan daripada kehadiran retakkan.
- Pepenjuru yang
tajam perlu dielakkan pada komponen kerana ini akan menyebabkan berlakunya
tegasan.
- Gantikan kaedah
sambungan rivet dengan sambungan kimpalan
Salutan Bahan Bukan Logam
Menyalut logam dengan
bahan bukan logam juga dapat menghalangnya daripada terkakis. Ianya bertidak
melindungi permukaan logam dari bersentuh dengan oksigen ataupun memberikan
perlindungan asas dengan salutan bahan yang stabil yang tidak mudah ditembusi
oleh kelembapan. Ianya terdiri dari bahan organik dan bukan organik. Contoh
salutan organik ialah cat, tar, minyak dan varnis. Manakala salutan tak organik
ialah enamel.
Plastik serta minyak
ialah di antara dua bahan bukan logam yang utama digunakan sebagai bahan
penyalut. Proses ini dibuat secara celupan panas ataupun melalui semburan bahan
perintang kakisan tersebut.
Salutan Logam (Metal Coating)
Penyalutan sesuatu
barangan dengan logam yang tertentu juga boleh menghalang kesan kakisan.
Penyalutan dibuat melalui beberapa proses seperti celupan ke dalam logam panas,
penyemburan logam dan penyaduran elektroplat. Jenis-jenis bahan penyadur yang
selalu digunakan ialah emas, perak, kromium, kuprum, cadmium, timah dan zink.
Walaupun sesetengah daripada logam salutan yang digunakan adalah lebih katodik
tetapi tindakbalas kimianya adalah tidak aktif dan setengahnya pula boleh
membentuk lapisan oksida. Salutan logam boleh dikelaskan kepada 2 iaitu:-
Dalam penyalutan nobel, salutan adalah bersifat nobel terhadap logam
asas. Salutan jenis ini tidak akan melindungi logam asas jika terdapat
lubang-lubang pada salutan. Ini adalah kerana logam asas akan menjadi anod.
Contoh salutan jenis ini ialah Cu, Ni, Cr.
Manakala pada salutan korban pula, logam asas dilindungi dengan
mengorbankan logam salutan yang bertindak sebagai anod. Tidak seperti salutan
nobel, kaedah ini masih melindungi logam asas walaupun terdapat lubang padanya.
Contoh salutan kaedah ini ialah penyaduran atap yang diperbuat daripada keluli
dengan lapisan zink. Zink bertindak sebagai lapisan penghalang unsur-unsur
kakisan daripada terkena atap keluli.
Lapisan Oksida
Lapisan oksida seperti
lapisan oksida zink dan aluminium adalah diantara bahan-bahan perintang
kakisan. Lapisan jenis oksida ini adalah tinggi ketumpatannya dan dengan ini
dapat menghalang oksigen serta air daripada menghakisnya. Lapisan oksida
selalunya terdapat pada barangan yang sememangnya di buat daripada zink,
aluminium dan plumbum. Lapisan oksida juga dapat digunakan sebagai satu bahan
saduran ke atas barangan logam. Contohnya ialah
penyaduran zink digunakan untuk keluli di dalam pembuatan bumbung, di mana zink
akan membentuk satu lapisan oksida.
Perlindungan Katodik (Cathod Protection)
Perlindungan ini bermaksud bahan yang perlu
dilindungi dari kakisan ditukar menjadi katod oleh kerana logam anod yang
mengalami kakisan. Contohnya pada badan kapal selalunya diperbuat dari keluli
dan propelarnya di buat daripada gangsa. Keluli adalah anodik manakala
propelarnya adalah katodik dan kedua-duanya berada di dalam air laut yang
merupakan suatu bahan eletrolit. Badan kapal akan terhakis disebabkan sifat
anodiknya, jadi untuk mengatasi masalah ini satu bahan yang lebih anodik
daripada gangsa dan keluli digunakan sebagai perintang kakisan iaitu logam
zink. Kepingan zink diletakkan kepada badan kapal supaya semasa proses kakisan
eletrokimia berlaku hanya zink sahaja yang terkakis disebabkan ianya adalah
yang paling anodik. Kepingan zink ini perlu digantikan dari masa kesemasa
kerana kehausan disebabkan kakisan seperti gambarajah di bawah.
Perlindungan Katodik
Pengaloian (Alloying)
Logam-logam
juga dapat di buat supaya tahan kakisan dengan mengaloikannya dengan
logam-logam yang lain. Keluli selalunya dialoikan dengan logam kromium dan
mangnese untuk mendapatkan keluli tahan karat.
Kesimpulan
Pembentukan keadaan tempatan yang boleh
membawa kepada kakisan walaupun keadaan keseluruhan tidak memihak kepada ia
adalah perkara biasa dalam sistem pembakaran. Sebagai contoh, biomass biasanya
dipecat alam hanya beberapa pembakar semasa cofiring. Kebanyakan dandang tidak
bercampur gas dari pembakar berasingan dengan teliti. Oleh itu, klorin untuk
nisbah sulfur dalam setiap pembakar perlu diambil kira apabila mengira potensi
hakisan. Ilustrasi kekurangan ini pencampuran ditunjukkan dalam dinamik
bendalir pengiraan menyebabkan bawah, di mana kepulan gas rendah oksigen
dilihat berterusan sepanjang relau dan perolakan pas. Tidak adanya pencampuran
adalah ciri yang sama kebanyakan dandang.