Noda pada Baja: Penyebab, Deteksi, dan Dampaknya terhadap Kualitas

Definisi dan Konsep Dasar

Karatan dalam konteks industri baja mengacu pada fenomena permukaan yang ditandai dengan pembentukan film tipis, sering kali terlihat atau perubahan warna pada permukaan baja akibat reaksi kimia dengan agen lingkungan. Ini umumnya dianggap sebagai cacat permukaan atau perubahan permukaan yang tidak mengkompromikan sifat mekanik keseluruhan tetapi dapat mempengaruhi penampilan estetika, ketahanan korosi, dan kualitas yang dirasakan.

Karatan muncul sebagai lapisan kusam, berwarna, atau kadang-kadang berkilau yang muncul pada permukaan baja setelah pemrosesan, penyimpanan, atau paparan terhadap lingkungan tertentu. Ini signifikan dalam pengendalian kualitas karena dapat menunjukkan masalah mendasar seperti kontaminasi permukaan, penyelesaian yang tidak tepat, atau kerentanan lingkungan, yang dapat menyebabkan korosi atau degradasi lebih lanjut jika tidak ditangani.

Dalam kerangka jaminan kualitas baja yang lebih luas, karatan adalah parameter kualitas permukaan yang penting. Ini sering dipantau selama inspeksi visual, pengujian permukaan, dan penilaian korosi untuk memastikan bahwa produk baja memenuhi standar estetika dan fungsional, terutama dalam aplikasi di mana penampilan dan ketahanan korosi sangat penting.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, karatan muncul sebagai film tipis, sering kali tidak merata atau perubahan warna pada permukaan baja. Ini dapat berkisar dari kusam yang halus hingga warna yang lebih mencolok atau berkilau pelangi, tergantung pada sifat interaksi kimia yang terlibat. Area yang terkena karatan mungkin terasa lebih kasar atau kurang mengkilap dibandingkan dengan daerah yang tidak terpengaruh.

Secara mikroskopis, karatan muncul sebagai film permukaan yang terdiri dari oksida, sulfida, atau senyawa kimia lainnya yang terbentuk pada permukaan baja. Di bawah pemeriksaan mikroskopis, film ini muncul sebagai lapisan tipis, sering kali amorf atau semi-kristalin yang dapat memiliki ketebalan beberapa nanometer hingga mikrometer. Permukaan dapat menunjukkan perubahan mikrostruktur seperti oksidasi lokal atau endapan kimia.

Fitur karakteristik termasuk perubahan dalam reflektivitas permukaan, perubahan warna permukaan, dan adanya fase atau senyawa mikrostruktur yang berbeda dari baja dasar. Fitur-fitur ini dapat diidentifikasi melalui mikroskopi optik, mikroskopi elektron pemindaian (SEM), atau teknik analisis permukaan seperti spektroskopi sinar-X dispersi energi (EDS).

Mekanisme Metalurgi

Karatan terutama dihasilkan dari reaksi kimia permukaan antara elemen paduan baja dan agen lingkungan seperti oksigen, senyawa sulfur, klorida, atau zat korosif lainnya. Mekanisme dasar melibatkan pembentukan film permukaan—terutama oksida, sulfida, atau klorida—yang mengubah penampilan permukaan.

Pada baja, pembentukan film oksida (misalnya, oksida besi seperti Fe₂O₃ atau Fe₃O₄) terjadi ketika permukaan bereaksi dengan oksigen, terutama di lingkungan yang lembab atau terpolusi. Sulfidasi, yang mengarah pada pembentukan sulfida besi, dapat terjadi di hadapan senyawa sulfur, menghasilkan lapisan karatan yang lebih gelap atau berkilau. Korosi yang disebabkan oleh klorida dapat menghasilkan pitting lokal dan perubahan warna permukaan.

Dasar mikrostruktural melibatkan difusi spesies reaktif ke dalam lapisan permukaan, yang mengarah pada nukleasi dan pertumbuhan film-film ini. Komposisi baja, terutama keberadaan elemen paduan seperti kromium, nikel, atau molibdenum, mempengaruhi kerentanan terhadap karatan. Misalnya, baja tahan karat dengan kandungan kromium yang lebih tinggi cenderung membentuk lapisan oksida yang lebih stabil, mengurangi pembentukan karatan.

Kondisi pemrosesan seperti atmosfer anil, pengasaman, penyelesaian permukaan, dan lingkungan penyimpanan secara signifikan mempengaruhi kemungkinan dan tingkat keparahan perkembangan karatan. Pembersihan yang tidak tepat, kontaminan permukaan yang tersisa, atau paparan terhadap lingkungan yang agresif mempercepat pembentukan karatan.

Sistem Klasifikasi

Karatan sering diklasifikasikan berdasarkan tingkat keparahan, penampilan, dan penyebab yang mendasarinya. Skema klasifikasi umum meliputi:

• Grade 0 (Tanpa Karatan): Permukaan tetap cerah, bersih, dan bebas dari perubahan warna.
• Grade 1 (Karatan Ringan): Perubahan warna atau kusam minimal, hampir tidak terlihat.
• Grade 2 (Karatan Sedang): Perubahan warna yang terlihat, permukaan kusam, beberapa kilau.
• Grade 3 (Karatan Parah): Perubahan warna yang luas, warna berkilau atau pelangi, kekasaran permukaan.
• Grade 4 (Karatan Kritis): Korosi dalam, pitting, atau pelepasan film, mempengaruhi integritas permukaan.

Klasifikasi ini membantu produsen dan inspektur dalam menentukan ambang batas yang dapat diterima. Misalnya, dalam aplikasi dekoratif, Grade 0 atau 1 mungkin dapat diterima, sedangkan dalam komponen yang tahan korosi, bahkan Grade 2 mungkin menjadi masalah.

Dalam aplikasi praktis, klasifikasi ini membimbing keputusan tentang penyelesaian permukaan, pembersihan, atau kriteria penolakan, memastikan standar kualitas yang konsisten di seluruh batch produksi.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Inspeksi visual tetap menjadi metode paling sederhana untuk mendeteksi karatan, terutama dalam pengaturan pengendalian kualitas. Inspektur terlatih menilai penampilan permukaan di bawah kondisi pencahayaan standar, mencatat perubahan warna, kekusaman, atau kilau.

Teknik analisis permukaan seperti mikroskopi optik memungkinkan pemeriksaan mendetail lapisan karatan, mengungkap fitur mikrostruktur dan keseragaman film. Mikroskopi Elektron Pemindaian (SEM) yang dipadukan dengan Spektroskopi Sinar-X Dispersi Energi (EDS) memberikan pencitraan resolusi tinggi dan analisis elemental, mengidentifikasi komposisi kimia film karatan.

Pengukuran kolorimetri menggunakan spektrofotometer atau kolorimeter mengukur perubahan warna permukaan secara objektif. Instrumen ini mengukur spektrum reflektansi dan membandingkannya dengan grafik warna standar atau nilai referensi.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional yang relevan meliputi:

• ASTM B117 (Pengujian Semprotan Garam): Mengevaluasi ketahanan korosi dan pembentukan karatan di bawah kondisi kabut garam.
• ISO 10289 (Inspeksi Permukaan): Memberikan pedoman untuk penilaian visual cacat permukaan, termasuk karatan.
• EN 10088-1 (Baja Tahan Karat): Menentukan persyaratan penyelesaian permukaan dan kriteria ketahanan karatan.

Prosedur pengujian standar biasanya melibatkan:

1. Persiapan Sampel: Pembersihan dan pengkondisian permukaan untuk menghilangkan minyak, kotoran, atau pelapis sebelumnya.
2. Paparan Lingkungan: Menghadapkan sampel pada lingkungan terkendali seperti ruang semprotan garam, ruang kelembaban, atau bak kimia.
3. Pengamatan dan Pengukuran: Penilaian visual pada interval yang ditentukan, dilengkapi dengan teknik analisis permukaan.
4. Dokumentasi: Mencatat tingkat perubahan warna, karakteristik film, dan perubahan mikrostruktur yang terjadi.

Parameter kritis meliputi suhu, kelembaban, durasi paparan, dan konsentrasi kimia, yang mempengaruhi perkembangan karatan dan sensitivitas pengujian.

Persyaratan Sampel

Sampel harus disiapkan sesuai dengan spesifikasi standar, biasanya melibatkan:

• Pembersihan permukaan dengan pelarut atau penggosok untuk menghilangkan kontaminan permukaan.
• Penyelesaian permukaan yang konsisten (misalnya, disikat, dipoles, atau matte) untuk memastikan perbandingan yang tepat.
• Ukuran dan datar yang memadai untuk mem