Korosi didefinisikan sebagai fenomena elektrokimia atau kimia yang menghancurkan logam dan dapat menyebabkan kegagalan struktural serta mempengaruhi daya tarik estetika. Secara teknis, korosi didasarkan pada reaksi katoda dan anoda dalam elektrolit. Dalam istilah yang lebih sederhana, korosi adalah proses alami di mana logam yang secara bertahap berubah atau diubah oleh reaksi kimia menjadi karat.
Korosi didefinisikan sebagai degredasi dari material yang diakibatkan oleh reaksi kimia dengan material lainya dan lingkungan[6]. Akibat adanya reaksi korosi, suatu material akan mengalami perubahan sifat ke arah yang lebih rendah atau dapat dikatakan kemampuan dari material tersebut akan berkurang. Dalam bidang metalurgi, peristiwa korosi dapat dipandang sebagai suatu peristiwa atau reaksi senyawa kembali ke bentuk asalnya atau bisa disebut sebagai kebalikan dari proses metalurgi ekstraksi.
Peristiwa korosi terjadi akibat adanya reaksi kimia dan elektrokimia. Namun, untuk terjadinya peristiwa korosi terdapat beberapa elemen utama yang harus dipenuhi agar reaksi tersebut dapat berlangsung. Elemen-elemen utama tersebut adalah sebagai berikut :
Material
Dalam suatu peristiwa korosi, suatu material akan bersifat sebagai anoda. Anoda adalah suatu bagian dari suatu reaksi yang akan mengalami oksidasi. Akibat reaksi oksidasi, suatu logam akan kehilangan elektron, dan senyawa logam tersebut ion berubah menjadi ion-ion bebas.
Lingkungan
Dalam suatu peristiwa korosi, suatu lingkungan akan bersifat sebagai katoda. Katoda adalah suatu bagian dari rekasi yang akan mengalami reduksi. Akibat reaksi reduksi, lingkungan yang bersifat katoda akan membutuhkan elekron yang akan diambil dari anoda. Beberapa lingkungan yang dapat bersifat katoda adalah Lingkungan air, atmosfer, gas, mineral acid , tanah, dan minyak.
Reaksi antara material dan lingkungan
Adanya reaksi antara suatu material dengan lingkungannya merupakan suatu persyaratan yang sangat penting dalam terjadinya suatu peristiwa korosi. Reaksi korosi hanya akan terjadi jika terdapat hubungan atau kontak langsung antara material dan lingkungan. Akibat adanya hubungan tersebut, akan terjadi reaksi reduksi dan oksidasi yang berlangsung secara spontan.
Elektrolit
Untuk mendukung suatu reaksi reduksi dan oksidasi dan melengkapi sirkuit elektrik, antara anoda dan katoda harus dilengkapi dengan elektrolit. Elektrolit menghantarkan listrik karena mengandung ion-ion yang mampu menghantarkan elektroequivalen force sehingga reaksi dapat berlangsung.
Reaksi korosi logam melibatkan dua reaksi setengah sel, yaitu reaksi oksidasi pada anoda dan reaksi reduksi pada katoda. Reaksi katoda dan anoda yang terjadi dalam proses korosi adalah sebagai berikut :
Anoda : M → Mn+ + ne-
Katoda :
Reduksi oksigen (netral/basa) : O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
Reduksi ion logam : M3+ + e- → M2+
Berdasarkan bentuk kerusakan yang dihasilkan, penyebab korosi, lingkungan tempat terjadinya korosi, maupun jenis material yang diserang, korosi teragi menjadi beberapa macam, diantaranya adalah korosi merata ( uniform corrosion ), korosi galvanic ( galvanic corrosion ), korosi celah ( crevice corrosion ), korosi sumuran ( pitting corrosion ), korosi batas butir ( intergranular corrosion ), korosi erosi ( erosion corrosion ), fretting , dealloying , hydrogen damaged dan environmentally induced corrosion
Termodinamika adalah suatu ilmu yang mempelajari perubahan energi dalam suatu sistem. Dalam suatu sistem korosi, termodinamika dapat dipakai untuk mengetahui apakah logam dapat bereaksi secara spontan dengan lingkungannya. Apabila logam tersebut bereaksi, dapat diketahui bagaimana reaksi yang terjadi, dorongnya. kemana arah reaksi tersebut serta berapa besar gaya. Diagram yang dapat menunjukkan suatu reaksi korosi dapat terjadi secara
termodinamika adalah diagaram kesetimbangan E-pH atau biasa dikenal dengan pourbaix diagram. Diagram ini disusun berdasarkan kesetimbangan termodinamika antara logam dengan air dan dapat menunjukan kestabilan dari beberapa fasa secara termodinamika…
Diagram ini sangat berguna untuk memprediksi reaksi dan produk korosi dari suatu material pada lingkungan dengan derajat keasaman tertentu. Namun, diagram ini tidak dapat menyajikan informasi untuk laju korosi dari material tersebut. Dalam suatu diagram pourbaix, keadaan suatu logam terbagi 3, yaitu :
Imun
Adalah daerah dimana logam dalam berada dalam keadaan aman dan terlindung dari peristiwa korosi.
Passive
Adalah daerah dimana logam akan membentuk suatu lapisan pasif pada permukaannya dan terlindung dari peristiwa korosi.
Corrosion
Adalah daerah dimana logam akan mengalami peristiwa korosi
Korosi merupakan degradasi material (biasanya logam) akibat reaksi elektrokimia material tersebut dengan lingkungannya (Einar Bardal, 2003). Banyak ahli juga menyebutkan korosi merupakan penurunan mutu logam akibat reaksi elektrokimia dengan lingkungannya (Trethewey, K. R. dan J. Chamberlain, 1991). Lingkungan tersebut dapat berupa air, udara, gas, larutan asam, dan lain- lain (Rini Riastuti dan Andi Rustandi, 2008).
Korosi merupakan sesuatu yang sangat berbahaya, baik secara langsung maupun tidak langsung. Di bidang industri minyak dan gas, proses korosi adalah suatu masalah yang penting dan perlu diperhatikan karena dampak akibat dari korosi cukup besar. Contoh di bidang industri minyak dan gas dari pengeboran menuju platform proses, maka akan dapat berakibat timbul kerusakan ( damage ) dan kebocoran pada pipa-pipa tersebut. Dampak bahaya korosi secara langsung ialah dibutuhkan biaya untuk mengganti material-material logam atau alat-alat yang rusak akibat korosi, bila pengerjaan untuk penggantian material terkorosi, biaya untuk pengendalian korosi dan biaya tambahan untuk membuat konstruksi dengan logam yang lebih tebal ( over design ). Dampak secara tidak langsung, korosi dapat mengakibatkan kerugian seperti penyediaan gas terhenti, image perusahaan menurun, nilai saham menjadi turun, dan menghasilkan safety yang rendah (Halwan Jaya dkk, 2010).
Korosi secara awam lebih dikenal dengan istilah pengkaratan yang merupakan fenomena kimia bahan-bahan logam di berbagai macam kondisi lingkungan. Penyelidikan tentang sistem elektrokimia telah banyak membantu menjelaskan mengenai korosi ini, yaitu reaksi kimia antara logam dengan zat-zat yang ada disekitarnya atau dengan partikel-partikel lain yang ada di dalam logam itu sendiri. Jadi dilihat dari sudut pandang kimia, korosi pada dasarnya merupakan reaksi logam menjadi ion pada permukaan logam yang kontak langsung dengan lingkungan yang berair dan beroksigen (Siti Chodijah 2008). Korosi dapat terjadi di dalam medium kering ( dry corrosion ) dengan media elektrolitnya tanah dan juga medium basah ( wet corrosion ) dengan media elektrolitnya air. Sebagai contoh korosi yang berlangsung di dalam medium kering adalah penyerangan logam besi oleh gas oksigen (O2) atau oleh gas belerang dioksida (SO2). Di dalam medium basah, korosi dapat terjadi secara seragam maupun secara terlokalisasi. Dengan demikian, apabila di dalam usaha pencegahan korosi dilakukan melalui penggunaan inhibitor korosi (Muhammad Abduh, 2011).
Menurut Halwan Jaya dkk (2010) korosi memiliki berbagai macam bentuk. Setiap bentuk korosi memiliki karakteristik dan mekanisme yang berbeda- beda. Jenis-jenis korosi adalah sebagai berikut :
Korosi Merata ( Uniform Corrosion )
Korosi merata adalah bentuk korosi yang pada umumnya sering terjadi. Hal ini biasanya ditandai dengan adanya reaksi kimia atau elektrokimia yang terjadi pada permukaan yang bereaksi. Logam menjadi tipis dan akhirnya terjadi kegagalan pada logam tersebut.
Korosi merata merupakan keadaan kerusakan yang sangat besar terhadap material. Namun demikian korosi ini kurang diperhatikan karena umur dari peralatan dapat diperkirakan secara akurat dengan pengujian lain yang lebih sederhana. Korosi merata dapat dilakukan pencegahan dengan cara pelapisan, inhibitor dan proteksi katodik.
Korosi Galvanik ( Galvanic Corrosion )
Perbedaan potensial biasanya terjadi diantara dua logam yang berbeda, ketika keduanya di celupkan ke dalam larutan korosif. Ketika logam tersebut berkontak, dengan adanya perbedaan potensial akan menghasilkan aliran elektron. Elektron mengalir dari logam yang kurang mulia (anodik) menuju ke metal yang lebih mulia (katodik). Akibatnya metal yang kurang mulia berubah menjadi ion- ion positif karena kehilangan elektron. Ion-ion positif metal bereaksi dengan ion- ion negatif yang berada di dalam elektrolit menjadi garam metal. Karena peristiwa tersebut permukaan anoda kehilangan metal.
Korosi akan menyerang logam yang ketahanan-korosinya lebih rendah dan serangan pada logam yang lebih tahan-korosi akan lebih sedikit. Logam yang terserang korosi akan menjadi anoda dan logam yang lebih tahan terhadap serangan korosi akan menjadi katoda. Biasanya logam yang katodik akan terserang sedikit bahkan tidak terjaidi korosi ketika kedua logam tersebut disambungkan. Jenis korosi ini disebut korosi galvanik, elektroda karbon sebagai logam mulia atau yang tahan terhadap korosi katoda dan seng sebagai anoda yang terserang karat.
Bila besi kontak langsung dengan tembaga dimana tembaga lebih mulia, maka besi akan bersifat anodik dan akan mengorbankan diri sehingga akan terjadi korosi pada besi, sedangkan tembaganya tetap utuh.
Korosi Celah (Crevice Corrosion)
Merupakan bentuk korosi dimana korosi terjadi ketika terdapat celah akibat penggabungan atau penyatuan dua logam yang sama memiliki kadar oksigen berbeda dengan area luarnya. Jenis korosi ini biasanya disebabkan oleh lubang yang kecil, dan celah-celah di bawah kepala baut dan paku keling.
Korosi Sumuran ( Pitting Corrosion )
Korosi sumuran adalah bentuk serangan korosi yang sangat lokal (menyerang pada daerah tertentu saja) yang mengakibatkan lubang dalam logam. Lubang ini mungkin memiliki diameter yang kecil atau besar, namun dalam banyak kasus lubang tersebut relatif kecil. Lubang terisolasi atau kadang-kadang terlihat seperti permukaan yang kasar. Pits umumnya dapat digambarkan sebagai rongga atau lubang dengan diameter permukaan kurang-lebih sama atau kurang dari kedalaman.
Korosi sumuran adalah salah satu bentuk korosi yang paling merusak dan berbahaya. Hal itu menyebabkan peralatan menjadi gagal karena dengan penurunan massa yang sedikit saja akibat adanya lubang, maka kegagalan dapat terjadi dengan mudah. Sering kali sulit untuk mendeteksi pit karena ukurannya yang kecil dan arena lubang-lubang tersebut tertutup oleh produk korosi.
Korosi Erosi ( Erosion Corrosion )
Korosi erosi adalah percepatan tingkat kerusakan atau serangan pada logam karena gerakan relatif antara cairan korosif dan permukaan logam. Umumnya gerakan ini cukup cepat, dan berkaitan dengan abrasi. Logam yang berada di permukaan akan berubah menjadi ion terlarut atau menjadi bentuk produk korosi yang padat. Kadang-kadang pengaruh dari lingkungan dapat mengurangi laju korosi, khususnya ketika serangan lokal terjadi dalam kondisi tergenang, tapi ini tidak bisa disebut erosion corrosion karena kerusakan tidak bertambah.
Bentuk fisik dari korosi erosi ditandai dalam penampilan berupa alur, parit, gelombang, lubang bulat, lembah-lembah, dan biasanya menunjukan pola arah, contoh Korosi erosi seperti pada gambar dibaeah ini :
Korosi Tegangan (Stress Corrosion )
Gaya-gaya mekanis seperti tarikan atau kompresi berpengaruh sangat kecil pada proses pengkaratan pada bagian metal yang sama jika ditinjau dari laju pengkaratan dalam mils pertahun. Namun demikian apabila itu merupakan kombinasi antara tensile stress dan lingkungan yang korosif, maka kondisi ini merupakan salah satu dari penyebab utama kegagalan material. Kegagalan ini berupa retakan yang lazim disebut korosi tegangan.
Jenis serangan karat ini terjadi sangat cepat, dalam ukuran menit, yakni jika semua persyaratan untuk terjadi nya karat regangan (tegangan) ini telah terpenuhi pada saat tertentu yaitu adanya regangan internal dan terciptanya kondisi korosif yang berhubungan dengan konsentrasi zat karat ( corrodent ) dan suhu lingkungan.
Faktor yang berpengaruh terhadap korosi dapat dibedakan menjadi dua, yaitu yang berasal dari bahan itu sendiri dan dari lingkungan. Faktor dari bahan meliputi kemurnian bahan, struktur bahan, bentuk kristal, unsur-unsur yang ada dalam bahan, teknik pencampuran bahan, dan sebagainya. Faktor dari lingkungan meliputi tingkat pencemaran udara, suhu, kelembaban, keberadaan zat-zat kimia yang bersifat korosif, mikroba, dan sebagainya.
Menurut Halimatuddahliana (2003) penguapan dan pelepasan bahan-bahan korosif ke udara dapat mempercepat proses korosi, yaitu :
Faktor gas terlarut
Laju korosi sangat dipengaruhi oleh gas yang dapat larut dalam air yang menyebabkan terjadinya korosi. Gas terlarut yang dapat menyebabkan terjadinya korosi adalah sebagai berikut :
Oksigen (O2)
Adanya oksigen yang terlarut akan menyebabkan korosi pada metal seperti laju korosi pada mild stell alloys akan bertambah dengan meningkatnya kandungan oksigen. Kelarutan oksigen dalam air merupakan fungsi dari tekanan, temperatur, dan kandungan klorida. Untuk tekanan 1 atm dan temperatur kamar, kelarutan oksigen adalah 10 ppm dan kelarutannya akan berkurang dengan bertambahnya temperatur dan konsentrasi garam. Sedangkan kandungan oksigen dalam kandungan minyak-air yang dapat menghambat timbulnya korosi adalah 0,05 ppm atau kurang. Reaksi korosi secara umum pada besi karena adanya kelarutan oksigen berikut :
Reaksi anoda : Fe → Fe2- + 2e
Reaksi katoda : O2 + 2H2O + 4e → 4 OH
Karbondioksida (CO2)
Jika karbondioksida dilarutkan dalam air maka akan terbentuk asam karbonat (H2CO3) yang dapat menurunkan pH air dan meningkatkan korosifitas, biasanya bentuk korosinya berupa pitting yang secara umum reaksinya adalah :
CO2 + H2O → H2CO3
Fe + H2CO3 →Fe CO3 + H2
Faktor Temperatur
Kenaikan temperatur pada umumnya dapat menambah laju korosi walaupun kenyatannya kelarutan oksigen berkurang dengan meningkatnya temperatur. Apabila metal pada temperatur yang tidak seragam, maka akan besar kemungkinan terbentuk korosi.
Faktor pH
Besi dan baja akan terkorosi dalam suasana asam, tetapi sedikit terkorosi dalam suasan basa. Sifat ini dapat dijelaskan dengan rangkaian GGL (gaya gerak listrik) yang tersusun dari elemen-elemen dimana akan terjadi pengurangan potensial pada elektroda negatif jika elemen tersebut tercelup larutan asam. Potensi saat logam mulai terkorosi dapat dihitung dengan persamaan Nernst :
E = E⁰ - 0,059 pH
Adapun korosi dalam lingkungan asam, basa, dan garam adalah sebagai berikut :
Asam
Korosi logam dalam asam biasanya menghasilkan gas hydrogen.
Fe + 2H+ → Fe2+ + H2
Basa
Basa adalah senyawa yang dapat menghasilkan ion OH- ion. OH- tidak beraksi langsung dengan logam. Reaksi akan terjadi setelah logam mengalami oksidasi.
Fe + OH → Tidak bereaksi Fe + 2OH- → Fe(OH)2
Faktor Mikroba
Korosi yang dipengaruhi oleh mikroba merupakan suatu akibat dari aktifitas mikroba. Mikroba yang mempengaruhi korosi antara lain bakteri, jamur, alga, dan protoza. Fenomena korosi yang terjadi dapat disebabkan adanya keberadaan dari bakteri tertentu. Menurut Habibiwildan (2010) Jenis-jenis bakteri tersebut adalah:
Bakteri Reduksi Sulfat (SRB)
Bakteri ini merupakan bakteri jenis anaerob yang membutuhkan lingkungan bebas oksigen atau lingkungan reduksi, bakteri ini bersirkulasi di dalam air aerasi termasuk larutan klorin dan pengoksidasi lainnya, hingga mencapai kondisi ideal untuk mendukung metabolisme. Bakteri ini tumbuh pada oksigen rendah. Bakteri ini tumbuh pada daerah-daerah kanal, pelabuhan, dan daerah air tenang yang tergantung pada lingkungannya. Bakteri ini mereduksi sulfat menjadi sulfit, biasanya terlihat dari meningkatnya kadar H2S atau besi sulfida. Bakteri jenis ini berisi enzim hidrogenase yang dapat mengkonsumsi hidrogen. Contohnya: Thiobacillus thi-oxidans.
Bakteri Oksidasi Sulfur-Sulfida
Bakteri jenis ini merupakan bakteri aerob yang mendapatkan energi dari oksida sulfid atau sulfur. Beberapa tipe bakteri aerob dapat mengoksidasi sulfur menjadi asam sulfurik dan nilai pH menjadi 1. Contohnya: Genus Desulfovibrio atau Desulfotomaculum.
Faktor Padatan Terlarut
Selain gas terlarut, faktor lain yang dapat menyebabkan terjadinya reaksi korosi adalah faktor padatan terlarut. Padatan terlarut tersebut adalah :
Klorida (Cl)
Klorida menyerang lapisan mild steel dan lapisan stainless steel . Padatan ini menyebabkan terjadinya pitting , crevice corrosion , dan juga menyebabkan pecahnya alloys . Klorida biasanya ditemukan pada campuran minyak-air dalam konsentrasi tinggi yang akan menyebabkan proses korosi. Proses korosi juga dapat disebabkan oleh kenaikan konduktivitas larutan garam, dimana larutan garam yang lebih konduktif dapat menyebabkan laju korosinya menjadi lebih tinggi. Kandungan Klor dalam garam akan menyebabkan terjadinya korosi pada logam. Reaksi yang terjadi pada besi :
Fe + Cl2 → FeCl2
Sedangkan untuk tembaga reaksi yang terjadi: Cu(s) → Cu2+ + 2e
Karbonat (CO3)
Kalsium karbonat sering digunakan sebagai pengontrol korosi dimana film karbonat diendapkan sebagai lapisan pelindung permukaan metal, tetapi dalam produksi minyak hal ini cenderung menimbulkan masalah scale .
Sulfat (SO4)
Ion sulfat ini biasanya terdapat dalam minyak. Dalam air, ion sulfar juga ditemukan dalam konsentrasi yang cukup tinggi dan bersifat kontaminan, dan oleh bakteri SRB sulfat diubah menjadi sulfida yang korosif.