Permukaan Teroksidasi pada Baja: Penyebab, Efek, dan Langkah-Langkah Pengendalian Kualitas

Definisi dan Konsep Dasar

Permukaan Teroksidasi dalam konteks industri baja mengacu pada lapisan permukaan pada produk baja yang telah mengalami oksidasi, yang mengakibatkan pembentukan senyawa oksida, biasanya oksida besi, pada permukaan material. Fenomena ini muncul sebagai perubahan warna, sering kali berkisar dari coklat muda hingga karat gelap, dan dapat mencakup tekstur kasar atau mengelupas tergantung pada tingkat keparahan oksidasi.

Defek atau hasil uji ini signifikan karena secara langsung mempengaruhi penampilan estetika, ketahanan korosi, dan terkadang sifat mekanik produk baja. Permukaan teroksidasi dapat berfungsi sebagai indikator kondisi pemrosesan yang tidak tepat, perlindungan permukaan yang tidak memadai, atau paparan lingkungan selama pembuatan atau penyimpanan.

Dalam kerangka jaminan kualitas baja yang lebih luas, permukaan teroksidasi adalah defek permukaan kritis yang harus dikendalikan untuk memenuhi spesifikasi ketahanan korosi, standar visual, dan kinerja fungsional. Ini juga merupakan parameter kunci dalam pengujian kualitas permukaan, terutama di industri di mana integritas permukaan mempengaruhi umur panjang dan keselamatan produk.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, permukaan teroksidasi muncul sebagai perubahan warna atau penggelapan pada permukaan baja, sering kali terlihat oleh mata telanjang. Area yang terkena mungkin menunjukkan berbagai nuansa dari coklat kekuningan muda hingga coklat kemerahan tua atau bahkan hitam, tergantung pada tingkat dan jenis oksidasi.

Secara mikroskopis, permukaan menunjukkan lapisan senyawa oksida, terutama oksida besi seperti Fe₂O₃ (hematit) atau Fe₃O₄ (magnetit). Lapisan oksida ini dapat bersifat berpori, mengelupas, atau melekat, mempengaruhi kelancaran permukaan dan ketahanan korosi. Di bawah pemeriksaan mikroskopis, lapisan oksida dapat menunjukkan ketidakteraturan, mikroretakan, atau inklusi yang mengkompromikan integritas permukaan.

Fitur karakteristik termasuk penampilan matte atau kusam, pewarnaan yang tidak merata, dan terkadang tekstur permukaan yang kasar atau mengelupas. Ketebalan lapisan oksida dapat bervariasi dari beberapa nanometer hingga beberapa mikrometer, tergantung pada durasi paparan dan kondisi lingkungan.

Mekanisme Metalurgi

Pembentukan permukaan teroksidasi merupakan hasil dari reaksi kimia antara kandungan besi baja dan oksigen, terutama selama pemrosesan suhu tinggi, pendinginan, atau paparan lingkungan lembab. Ketika baja dipanaskan selama proses seperti penggulungan, penempaan, atau perlakuan panas, permukaan bereaksi dengan oksigen di atmosfer, membentuk oksida besi.

Secara mikroskopis, proses oksidasi melibatkan difusi oksigen ke dalam permukaan baja, yang mengarah pada nukleasi dan pertumbuhan lapisan oksida. Laju oksidasi tergantung pada suhu, tekanan parsial oksigen, dan keberadaan unsur paduan atau kotoran. Misalnya, unsur paduan seperti kromium dapat membentuk lapisan oksida yang lebih stabil, meningkatkan ketahanan korosi, sedangkan kotoran seperti sulfur atau fosfor dapat mendorong oksidasi yang tidak merata.

Proses ini juga dipengaruhi oleh kebersihan permukaan; kontaminan atau pelumas residu dapat menghambat atau mempercepat oksidasi. Pendinginan yang cepat atau atmosfer pelindung yang tidak memadai selama perlakuan panas dapat memperburuk oksidasi permukaan, mengakibatkan lapisan teroksidasi yang lebih jelas.

Sistem Klasifikasi

Klasifikasi standar tingkat keparahan permukaan teroksidasi sering mengikuti pedoman industri, seperti:

• Grade 1 (Ringan): Perubahan warna yang sedikit atau film oksida samar, hampir tidak mempengaruhi penampilan.
• Grade 2 (Sedang): Perubahan warna yang terlihat dengan beberapa kekasaran permukaan atau bercak oksida yang mengelupas.
• Grade 3 (Parah): Oksidasi yang luas dengan permukaan yang tebal, mengelupas, atau berkarat, secara signifikan merusak penampilan dan mungkin mempengaruhi sifat.

Klasifikasi ini membantu dalam menilai keterterimaan selama inspeksi dan menentukan apakah perlakuan permukaan atau pemrosesan ulang diperlukan. Dalam aplikasi praktis, grade keparahan membimbing keputusan tentang penyelesaian permukaan, penerapan pelapis, atau kriteria penolakan.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Inspeksi visual tetap menjadi metode paling sederhana untuk mendeteksi permukaan teroksidasi, terutama untuk produk besar atau yang sudah jadi. Inspektur terlatih mencari perubahan warna, kekasaran permukaan, atau bercak yang mengelupas.

Untuk penilaian yang lebih tepat, spektroradiometri dapat mengukur perubahan warna permukaan yang terkait dengan oksidasi. Ini melibatkan pengukuran spektrum cahaya yang dipantulkan untuk mendeteksi penyimpangan dari parameter warna standar.

Mikroskopi permukaan, termasuk mikroskopi optik dan mikroskopi elektron pemindaian (SEM), memberikan citra terperinci tentang morfologi, ketebalan, dan keterikatan lapisan oksida. SEM, khususnya, menawarkan topografi permukaan resolusi tinggi dan analisis komposisi melalui spektroskopi sinar-X dispersi energi (EDS).

Pengujian elektrokimia, seperti polarisasi potensiodinamik, dapat mengevaluasi ketahanan korosi dari permukaan teroksidasi, secara tidak langsung menunjukkan tingkat keparahan oksidasi.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional yang relevan meliputi:

• ASTM A967: Spesifikasi Standar untuk Perlakuan Pasivasi Kimia untuk Baja Tahan Karat
• ISO 10289: Kualitas permukaan baja—penilaian visual
• EN 10255: Tabung baja—persyaratan kualitas permukaan

Prosedur tipikal melibatkan:

1. Menyiapkan permukaan sampel dengan membersihkan untuk menghilangkan minyak, lemak, atau lapisan oksida yang longgar.
2. Melakukan inspeksi visual di bawah kondisi pencahayaan standar.
3. Menggunakan spektrofotometer atau kolorimeter untuk mengukur perubahan warna.
4. Memanfaatkan mikroskopi untuk analisis permukaan yang lebih rinci jika diperlukan.
5. Membandingkan hasil dengan kriteria penerimaan yang telah ditentukan.

Parameter kritis meliputi derajat perubahan warna, ketebalan lapisan oksida, dan keterikatan. Kondisi lingkungan selama pengujian, seperti kelembaban dan pencahayaan, dikendalikan untuk memastikan konsistensi.

Persyaratan Sampel

Sampel harus representatif dari batch produksi, dengan permukaan disiapkan secara merata dengan membersihkan dan, jika perlu, memoles untuk menghilangkan kontaminan permukaan. Kondisi permukaan memastikan bahwa pengukuran mencerminkan keadaan oksidasi daripada kotoran permukaan atau sisa pemrosesan.

Sampel harus bebas dari kerusakan mekanis atau pelapis yang dapat mengaburkan lapisan oksidasi. Untuk pengujian yang akurat, spesimen biasanya dipotong sesuai dengan dimensi standar, dengan permukaan disiapkan sesuai dengan standar yang relevan untuk memastikan perbandingan.

Akurasi Pengukuran

Akurasi pengukuran tergantung pada kalibrasi peralatan, keterampilan operator, dan stabilitas lingkungan. Repetisi dicapai melalui prosedur standar dan kondisi yang terkontrol.

Sumber kesalahan termasuk kontaminasi permukaan, pencahayaan yang tidak konsisten, atau persiapan sampel yang tidak tepat. Untuk memastikan kualitas pengukuran, kalibrasi spektrofotometer dan mikroskop dilakukan secara teratur, dan beberapa pengukuran diambil untuk merata-rata variabilitas.

Kuantifikasi dan Analisis Data

Satuan dan Skala Pengukuran

Perubahan warna dan tingkat oksidasi sering kali diukur menggunakan:

• Metrik perbedaan warna seperti ΔE*ab dalam ruang warna CIELAB, di mana