Polishing Kimia: Meningkatkan Finishing Permukaan Baja dan Ketahanan Korosi

Definisi dan Konsep Dasar

Pemolesan kimia, juga dikenal sebagai etsa kimia atau penghalusan kimia, adalah proses perlakuan permukaan yang digunakan dalam industri baja untuk meningkatkan hasil permukaan, meningkatkan penampilan estetika, dan memodifikasi sifat permukaan melalui reaksi kimia yang terkontrol. Proses ini melibatkan perendaman atau penerapan larutan kimia pada permukaan baja untuk secara selektif menghilangkan ketidakteraturan permukaan, mikro-kekasaran, dan cacat kecil pada skala mikro atau nano.

Tujuan utama dari pemolesan kimia adalah untuk menghasilkan permukaan yang halus, cerah, dan seragam dengan melarutkan asperitas permukaan dan kontaminan tanpa mempengaruhi sifat bulk dari baja. Proses ini menghasilkan permukaan yang halus dengan kilau yang lebih baik, kekasaran permukaan yang berkurang, dan ketahanan korosi yang lebih baik.

Dalam spektrum yang lebih luas dari metode penyelesaian permukaan baja, pemolesan kimia diklasifikasikan sebagai teknik modifikasi permukaan kimia. Berbeda dengan pemolesan mekanis, yang bergantung pada abrasi fisik, atau perlakuan elektro-kimia seperti elektro-pemolesan, pemolesan kimia menggunakan reaksi kimia murni untuk mencapai kualitas permukaan yang diinginkan. Proses ini sering digunakan sebagai langkah persiapan sebelum pelapisan atau sebagai proses penyelesaian akhir untuk tujuan estetika atau fungsional.

Sifat Fisik dan Prinsip Proses

Mekanisme Modifikasi Permukaan

Pemolesan kimia beroperasi terutama melalui pelarutan kimia yang terkontrol dari permukaan baja. Ketika baja terpapar pada larutan kimia tertentu—biasanya asam atau formulasi berbasis asam—permukaan mengalami proses pelarutan yang terlokalisasi. Proses ini secara preferensial menghilangkan puncak mikroskopis, asperitas, dan kontaminan permukaan, menghasilkan permukaan yang lebih halus.

Reaksi yang terjadi melibatkan oksidasi besi dan elemen paduan di permukaan, membentuk garam besi yang larut atau produk reaksi lainnya. Proses ini dikendalikan dengan hati-hati untuk memastikan penghilangan material yang seragam, menghindari over-etching atau pitting. Modifikasi skala mikro atau nano termasuk pengurangan kekasaran permukaan dari beberapa mikrometer hingga tingkat sub-mikrometer, menghasilkan hasil akhir yang seperti cermin.

Di antara antarmuka antara substrat baja dan lapisan permukaan residu, terbentuk zona tipis yang diubah secara kimia. Zona ini biasanya menunjukkan mikrostruktur yang halus dengan cacat permukaan yang berkurang, homogenitas yang lebih baik, dan ketahanan korosi yang lebih baik. Karakteristik antarmuka sangat penting untuk adhesi pelapisan selanjutnya dan stabilitas permukaan secara keseluruhan.

Komposisi dan Struktur Pelapisan

Lapisan permukaan yang dihasilkan oleh pemolesan kimia terutama terdiri dari permukaan baja yang dimodifikasi secara kimia, sering kali bebas oksida, atau terpasivasi. Mikrostruktur lapisan ini ditandai dengan film yang halus, padat, dan seragam dengan porositas minimal. Komposisi kimia dapat mencakup oksida residu, garam, atau lapisan pasivasi tergantung pada kimia proses.

Ketebalan tipikal lapisan permukaan yang dipoles secara kimia berkisar dari beberapa nanometer hingga beberapa mikrometer, tergantung pada parameter proses dan persyaratan aplikasi. Untuk tujuan estetika, lapisan ini biasanya sangat tipis, memberikan hasil akhir yang seperti cermin. Sebaliknya, untuk ketahanan korosi, lapisan pasivasi yang sedikit lebih tebal dapat terbentuk.

Klasifikasi Proses

Pemolesan kimia diklasifikasikan sebagai perlakuan permukaan kimia dalam kategori yang lebih luas dari etsa kimia atau perlakuan asam. Ini berbeda dari elektro-pemolesan, yang melibatkan pelarutan elektro-kimia, dengan hanya bergantung pada reaksi kimia tanpa arus listrik.

Varian pemolesan kimia termasuk:

• Pemolesan kimia berbasis asam: Menggunakan asam seperti asam nitrat, asam fosfat, atau campuran yang disesuaikan untuk jenis baja tertentu.
• Pemolesan kimia netral atau alkali: Menggunakan larutan netral atau alkali untuk aplikasi khusus, sering kali untuk mengurangi dampak lingkungan.
• Pemolesan kimia selektif: Menargetkan fitur permukaan atau mikrostruktur tertentu, sering kali dikombinasikan dengan teknik masking.

Jika dibandingkan dengan pemolesan mekanis, pemolesan kimia menawarkan keuntungan seperti keseragaman pada geometri yang kompleks, pengurangan stres permukaan, dan penghilangan material yang minimal. Ini sering digunakan bersamaan dengan perlakuan permukaan lainnya untuk mencapai kualitas permukaan yang diinginkan.

Metode Aplikasi dan Peralatan

Peralatan Proses

Pemolesan kimia industri biasanya menggunakan tangki perendaman, sistem semprot, atau perangkat pelapisan celup. Peralatan inti termasuk:

• Tangki perendaman kimia: Terbuat dari bahan tahan korosi seperti polipropilena, PVC, atau baja yang dilapisi, dirancang untuk menyimpan larutan kimia dengan aman.
• Sistem agitasi dan sirkulasi: Untuk memastikan kontak kimia yang seragam dan mencegah over-etching yang terlokalisasi.
• Unit kontrol suhu: Karena laju reaksi tergantung pada suhu, sistem pemanasan atau pendinginan yang tepat menjaga kondisi proses yang optimal.
• Sistem filtrasi dan penanganan limbah: Untuk menghilangkan partikel dan mengelola limbah kimia sesuai dengan peraturan lingkungan.

Prinsip desain fokus pada memastikan paparan kimia yang seragam, keselamatan proses, dan kemudahan pemeliharaan. Fitur khusus dapat mencakup mekanisme agitasi, bantuan ultrasonik, atau sistem kontrol otomatis untuk regulasi proses yang tepat.

Teknik Aplikasi

Prosedur standar melibatkan pembersihan permukaan baja untuk menghilangkan minyak, kotoran, dan oksida sebelum perlakuan kimia. Komponen baja kemudian direndam dalam larutan kimia untuk durasi yang telah ditentukan, biasanya berkisar dari beberapa detik hingga beberapa menit.

Parameter proses yang kritis termasuk:

• Konsentrasi kimia: Disesuaikan untuk mengontrol laju pelarutan dan hasil permukaan.
• Suhu: Biasanya dipertahankan antara 20°C dan 60°C untuk mengoptimalkan kinetika reaksi.
• Waktu perendaman: Dihitung dengan hati-hati untuk mencegah over-etching atau pitting.
• Agitasi: Memastikan kontak kimia yang seragam dan mencegah korosi yang terlokalisasi.

Setelah perlakuan, bagian-bagian dicuci dengan air secara menyeluruh, dinetralkan jika perlu, dan dikeringkan. Integrasi ke dalam jalur produksi melibatkan sistem penanganan otomatis, tangki perendaman berbasis konveyor, atau stasiun semprot untuk operasi skala besar.

Persyaratan Pra-perlakuan

Sebelum pemolesan kimia, permukaan harus dibersihkan secara menyeluruh untuk menghilangkan minyak, lemak, kotoran, dan lapisan oksida yang dapat mengganggu reaksi kimia yang seragam. Pembersihan mekanis, penghilangan lemak, atau pembersihan ultrasonik adalah langkah pra-perlakuan yang umum.

Aktivasi permukaan atau etsa mungkin diperlukan untuk meningkatkan reaktivitas kimia, terutama untuk permukaan yang sangat dipoles atau dilapisi. Kualitas kondisi permukaan awal secara langsung mempengaruhi keseragaman dan hasil estetika dari proses pemolesan kimia.

Proses Pasca-perlakuan

Langkah-langkah pasca-perlakuan termasuk pencucian dengan air deionisasi atau air suling untuk menghilangkan bahan kimia residu, netralisasi untuk menstabilkan permukaan, dan pengeringan untuk mencegah bercak air atau korosi.

Proses tambahan seperti pasivasi, pelapisan, atau penyegelan mungkin mengikuti untuk meningkatkan ketahanan korosi atau kualitas estetika. Jaminan kualitas melibatkan inspeksi visual, pengukuran kekasaran permukaan, pengujian kilau, dan evaluasi ketahanan korosi.

Properti Kinerja dan Pengujian