Passivation adalah proses kimia untuk mengembalikan lapisan pelindung (pasif) anti karat pada stainless steel yang rusak akibat panas tinggi selama proses pengelasan.
Proses pengelasan (welding) pada material baja tahan karat (stainless steel) seringkali menimbulkan sebuah paradoks: material yang seharusnya tahan korosi justru menjadi rentan berkarat, terutama di sekitar area lasan. Fenomena ini terjadi karena panas ekstrem dari pengelasan merusak lapisan pelindung alami material. Untuk mengatasi masalah krusial ini, industri fabrikasi mengandalkan sebuah proses bernama passivation atau pasivasi.
Pasivasi adalah sebuah proses perlakuan kimia pasca-fabrikasi yang bertujuan untuk menghilangkan kontaminan besi bebas dan memulihkan lapisan pasif kromium oksida pada permukaan stainless steel. Tanpa proses ini, komponen stainless steel yang telah dilas memiliki risiko kegagalan prematur akibat korosi, yang pada akhirnya dapat membahayakan integritas struktur baja secara keseluruhan.
Lapisan pasif pelindung pada stainless steel memiliki ketebalan sangat tipis, seringkali hanya sekitar 3 nanometer (30 Ångström). Meskipun sangat tipis, lapisan inilah yang memberikan kemampuan luar biasa pada material untuk menahan korosi secara alami. Proses pengelasan dapat menghancurkan lapisan ini, sehingga pasivasi menjadi langkah yang tidak bisa ditawar.
Mengapa Pengelasan Merusak Lapisan Pelindung Stainless Steel?
Panas tinggi dari pengelasan menyebabkan deplesi (penipisan) kromium di sekitar area lasan, yang dikenal sebagai Heat-Affected Zone (HAZ). Penipisan ini menghambat kemampuan permukaan untuk membentuk kembali lapisan kromium oksida pelindung secara alami, sehingga membuka jalan bagi partikel besi bebas untuk bereaksi dengan oksigen dan menyebabkan karat.
Kunci dari ketahanan korosi baja tahan karat terletak pada kandungan kromium (Cr) minimal 10.5%. Saat terpapar oksigen, kromium secara alami membentuk lapisan film chromium(III) oxide (Cr₂O₃) yang stabil, inert, dan protektif. Lapisan inilah yang disebut sebagai lapisan pasif.
Proses pengelasan dengan suhu yang bisa mencapai ribuan derajat Celsius mengganggu keseimbangan kimia ini secara drastis:
Pembentukan Oksida Skala (Heat Tint)
Panas menyebabkan munculnya warna kebiruan atau kecoklatan di sekitar lasan. Warna ini bukan sekadar noda, melainkan lapisan oksida tebal yang di bawahnya terdapat zona dengan kandungan kromium yang telah menipis.
Deplesi Kromium di HAZ
Pada Heat-Affected Zone (HAZ), suhu tinggi memaksa kromium untuk bereaksi dengan karbon dalam baja, membentuk kromium karbida di batas butir. Akibatnya, area di sekitar batas butir tersebut kekurangan kromium untuk membentuk lapisan pasif yang efektif.
Kontaminasi Besi Bebas
Selama proses fabrikasi seperti pemotongan, gerinda, atau bahkan penggunaan sikat kawat baja karbon, partikel besi bebas dapat menempel dan tertanam di permukaan stainless steel. Partikel-partikel ini menjadi titik awal mula terjadinya korosi.
Tanpa intervensi, area yang terpengaruh panas ini akan menjadi titik terlemah dan paling rentan terhadap serangan korosi, mengalahkan tujuan utama penggunaan stainless steel.
Proses Pasivasi yang Efektif
Proses pasivasi yang benar selalu diawali dengan pembersihan menyeluruh untuk menghilangkan kotoran dan minyak, diikuti dengan perendaman dalam larutan asam (pasivasi) untuk menghilangkan kontaminan besi dan memulihkan lapisan pelindung, dan diakhiri dengan pembilasan serta pengujian untuk verifikasi.
Proses pasivasi bukanlah sekadar mengoleskan cairan kimia. Ini adalah prosedur multi-tahap yang harus dilakukan secara cermat sesuai standar industri seperti ASTM A380 dan ASTM A967. Berikut adalah langkah-langkah umumnya:
Tahap 1: Pembersihan (Cleaning/Degreasing)
Langkah pertama dan paling krusial adalah membersihkan permukaan dari semua kontaminan organik seperti oli, gemuk, cairan pendingin, dan kotoran lainnya. Jika tahap ini dilewati, larutan pasivasi tidak akan dapat bereaksi secara efektif dengan permukaan logam. Pembersihan biasanya dilakukan menggunakan pembersih alkali atau deterjen.
Tahap 2: Pickling (Opsional, tapi seringkali diperlukan setelah pengelasan)
Seringkali disalahartikan sebagai pasivasi, pickling adalah proses yang lebih agresif. Tujuannya adalah untuk menghilangkan lapisan oksida skala tebal (heat tint) dan lapisan tipis di bawahnya yang telah mengalami deplesi kromium. Proses ini menggunakan campuran asam yang kuat, seperti asam nitrat dan hidrofluorat. Pickling akan mengubah tampilan permukaan menjadi abu-abu kusam (matte).
Tahap 3: Proses Pasivasi (Passivation)
Setelah permukaan bersih (dan telah melalui proses pickling jika perlu), komponen direndam dalam larutan pasivasi. Tidak seperti pickling, pasivasi tidak bertujuan untuk menghilangkan lapisan logam. Tujuannya adalah untuk:
- Melarutkan partikel besi bebas yang menempel di permukaan.
- Mempercepat pembentukan kembali lapisan kromium oksida yang seragam dan protektif. Proses ini biasanya memakan waktu antara 20 hingga 60 menit tergantung pada metode, suhu, dan jenis stainless steel.
Tahap 4: Pembilasan (Rinsing)
Setelah perendaman asam, komponen harus dibilas secara menyeluruh dengan air bersih (idealnya air deionisasi) untuk menghilangkan semua sisa asam. Sisa asam yang tertinggal justru dapat menyebabkan korosi.
Tahap 5: Pengujian (Testing)
Untuk memastikan proses pasivasi berhasil, serangkaian tes dilakukan sesuai standar ASTM A967. Tes umum meliputi:
- Water Immersion Test: Merendam komponen dalam air untuk periode tertentu untuk melihat tanda-tanda karat.
- High Humidity Test: Mengekspos komponen ke lingkungan dengan kelembaban tinggi.
- Copper Sulfate Test: Larutan tembaga sulfat akan meninggalkan deposit tembaga jika masih ada besi bebas di permukaan.
Seorang welding inspector yang kompeten harus memastikan bahwa prosedur ini, jika disyaratkan dalam WPS (Welding Procedure Specification), diikuti dengan benar.
Metode Pasivasi: Asam Nitrat vs. Asam Sitrat
Asam nitrat adalah metode tradisional yang sangat efektif namun berbahaya bagi lingkungan dan operator. Asam sitrat adalah alternatif modern yang lebih aman, ramah lingkungan, dan seringkali lebih cepat, meskipun biayanya bisa lebih tinggi.
Pilihan utama dalam pasivasi adalah jenis asam yang digunakan. Dua yang paling umum adalah asam nitrat dan asam sitrat, di mana keduanya diakui oleh standar ASTM A967.
| Kriteria | Asam Nitrat (Nitric Acid) | Asam Sitrat (Citric Acid) |
| Efektivitas | Sangat efektif, terutama untuk baja grade tinggi dan aplikasi historis di industri kedirgantaraan. | Sangat efektif untuk sebagian besar grade stainless steel, bekerja dengan cara mengikat besi (khelasi). |
| Keamanan & Lingkungan | Berbahaya, mengeluarkan uap beracun (NOx), dan memerlukan penanganan khusus. Sering memerlukan tambahan sodium dikromat yang karsinogenik. | Jauh lebih aman, tidak beracun, dapat terurai secara hayati (biodegradable), dan tidak memerlukan penanganan limbah yang rumit. |
| Waktu Proses | Membutuhkan waktu rendam minimal 20-30 menit. | Proses bisa lebih cepat, bahkan hanya 4-10 menit pada suhu yang lebih tinggi. |
| Biaya | Biaya bahan kimia lebih rendah. | Biaya bahan kimia lebih tinggi, namun dapat diimbangi dengan penghematan pada penanganan, keselamatan, dan pembuangan limbah. |
| Standar | Nitric 1-5 dalam ASTM A967. | Citric 1-5 dalam ASTM A967. |
Selain dua metode kimia tersebut, ada juga Electropolishing atau polishing elektrokimia. Proses ini tidak hanya melakukan pasivasi tetapi juga menghaluskan dan mencerahkan permukaan secara mikroskopis dengan melarutkan lapisan permukaan terluar. Ini memberikan ketahanan korosi superior dan hasil akhir yang sangat bersih, sering digunakan untuk aplikasi medis dan makanan.
Memastikan Lasan Terlindungi Sepenuhnya
Keberhasilan pasivasi diverifikasi melalui inspeksi visual untuk memastikan tidak ada cacat atau perubahan warna, serta melalui pengujian kimia sesuai standar ASTM A967. Tes seperti copper sulfate test atau high humidity test dapat mengonfirmasi bahwa tidak ada lagi besi bebas yang reaktif di permukaan.
Setelah proses pasivasi selesai, bagaimana kita tahu bahwa lapisan pelindung benar-benar telah pulih? Verifikasi adalah langkah terakhir yang memastikan kualitas dan durabilitas.
- Inspeksi Visual (Visual Inspection): Permukaan yang telah dipasivasi dengan benar harus terlihat bersih, seragam, dan bebas dari noda karat, etching (goresan kimia), atau frosting (tampilan buram). Pasivasi yang tepat tidak mengubah penampilan kilap logam secara signifikan, berbeda dengan pickling yang meninggalkan hasil akhir kusam.
- Tes Kualitatif (Qualitative Tests): Standar ASTM A967 menyediakan beberapa metode pengujian untuk mendeteksi keberadaan sisa besi bebas. Tujuannya adalah sebagai tes “lulus/gagal” untuk memastikan permukaan benar-benar pasif. Beberapa tes yang umum digunakan antara lain:
- Uji Semprot Garam (Salt Spray Test): Mengekspos komponen ke kabut garam untuk mensimulasikan kondisi korosif.
- Uji Kelembaban (High Humidity Test): Menempatkan komponen di ruang dengan kelembaban terkontrol untuk memicu karat jika ada kontaminasi.
- Uji Tembaga Sulfat (Copper Sulfate Test): Metode cepat di mana larutan tembaga sulfat diaplikasikan ke permukaan. Jika ada besi bebas, reaksi akan terjadi dan meninggalkan lapisan tembaga kemerahan.
Keberhasilan melewati tes-tes ini memberikan jaminan bahwa komponen baja tahan karat yang dilas kini memiliki ketahanan korosi maksimal sesuai desain awalnya.
Kesimpulan
Passivasi bukanlah langkah opsional atau sekadar kosmetik; ini adalah proses teknis yang krusial untuk menjamin umur panjang dan keamanan komponen baja tahan karat setelah proses pengelasan (welding). Dengan memahami bagaimana panas pengelasan merusak lapisan pelindung alami, kita dapat mengapresiasi pentingnya proses pembersihan, pasivasi, dan verifikasi yang cermat.
Memilih antara metode asam nitrat yang tradisional dan asam sitrat yang lebih modern bergantung pada prioritas proyek, baik itu biaya, keamanan, atau kepatuhan terhadap lingkungan. Namun, tujuannya tetap sama: memulihkan lapisan kromium oksida yang membuat stainless steel benar-benar “stainless”.
selalu pastikan bahwa spesifikasi untuk pasivasi (termasuk metode dan standar ASTM yang relevan) secara eksplisit tercantum dalam dokumen WPS (Welding Procedure Specification) dan kontrak kerja dengan kontraktor baja Anda. Ini memastikan tidak ada ambiguitas dan menjamin kualitas akhir fabrikasi.