CORROSION (KAKISAN)

Pendahuluan

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 :

2Fe + O2 ---------- 2FeO

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:-

1. 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.
2. Elakkan daripada kehadiran retakkan.
3. Pepenjuru yang tajam perlu dielakkan pada komponen kerana ini akan menyebabkan berlakunya tegasan.
4. 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:-

• Salutan Nobel

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.

• Salutan Korban

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.