Apa itu a Katup Perunggu?

Katup perunggu adalah katup yang terbuat dari logam perunggu. Mereka memanfaatkan karakteristik bahan perunggu untuk memenuhi persyaratan khusus katup di berbagai lingkungan dan industri. Unsur utama perunggu adalah tembaga dan timah.

Di katup perunggu, kandungan tembaga biasanya antara 80-90%, dan timah (sn) konten biasanya antara 10-20%. Kandungan timah yang lebih tinggi membuat katup perunggu memiliki kekerasan dan kekuatan yang lebih besar, dan ketahanan yang lebih baik terhadap korosi air asin. Ini banyak digunakan di bidang kelautan, industri, dan pengiriman.

Apa itu a Katup Kuningan?

Pada katup kuningan kandungan tembaga biasanya berada di antara 50-60%, dan seng (Zn) konten biasanya antara 30-40%. Ini bagus karena daya tahannya dan konduktivitas termal yang baik. Katup kuningan digunakan dalam pipa ledeng, Hvac, minyak dan gas, dan otomotif.

Mana yang lebih baik? Katup perunggu vs katup kuningan?

Dari segi ketahanan katup, katup perunggu lebih baik daripada katup kuningan.
Karena perbedaan struktur susunan atom yang disebabkan oleh komposisi kimianya, yang secara mendasar mengubah sifat mekaniknya.

Mengapa Katup Perunggu Menunjukkan Kinerja Unggul?

Lebih mudah untuk memahami prinsip peningkatan sifat perunggu dibandingkan dengan tembaga murni dari karakteristik atom dan mikrostrukturnya:

1. Penguatan Solusi Padat (Pengaruh Atom Timah):

Dalam tembaga murni, atom tersusun dalam kisi yang relatif teratur. Ketika kekuatan eksternal diterapkan, lapisan atom ini dapat meluncur melewati satu sama lain di sepanjang bidang yang gaya antar atomnya lebih lemah. Inilah sebabnya mengapa tembaga murni relatif lunak, mempunyai kekuatan yang rendah, tetapi menunjukkan keuletan yang baik.
Ketika atom timah yang lebih besar menggantikan beberapa atom tembaga dalam kisi, mereka menyebabkan distorsi. Distorsi ini mengganggu tatanan reguler, menciptakan struktur yang lebih tahan terhadap selip atom ini, hampir seperti sebuah “saling bertautan” memengaruhi. Akibatnya, diperlukan kekuatan eksternal yang lebih besar untuk membuat lapisan-lapisan ini tergelincir.

2. Penguatan Senyawa Kimia (Penguatan Tahap Kedua):

Bila kandungan timah pada perunggu melebihi kira-kira 10%, atau setelah perlakuan panas tertentu, senyawa intermetalik (seperti Cu₃Sn, Cu₆Sn₅, dll.) dapat terbentuk. Senyawa ini merupakan fase berbeda dalam perunggu. Biasanya keras dan rapuh. Ketika partikel keras ini didistribusikan ke seluruh matriks perunggu yang lebih lunak, mereka bertindak sebagai penghambat pergerakan dislokasi (mekanisme deformasi plastis), semakin meningkatkan kekerasan dan kekuatan perunggu secara keseluruhan.

Mengapa Katup Perunggu Lebih Keras dari pada Katup Kuningan?

Mari kita analisa dari perspektif struktur atom.

Di kuningan, yang memiliki kandungan seng lebih tinggi, atom seng menggantikan beberapa atom tembaga. Pergantian ini juga menciptakan “saling bertautan” efek atau distorsi kisi, membuat kuningan lebih keras dari tembaga murni.

Namun, atom timah jauh lebih besar daripada atom seng.

• Seng (Zn) mempunyai massa atom kira-kira 65 dan diameter atom sekitar 268 pikometer (pm).
• Timah (sn) mempunyai massa atom kira-kira 118 dan diameter atom sekitar 316 pikometer (pm).

Karena atom timah lebih besar, ketika mereka mensubstitusi atom tembaga ke dalam paduan perunggu, mereka menyebabkan tingkat distorsi kisi yang lebih besar. Distorsi yang lebih besar ini menciptakan distorsi yang lebih nyata “saling bertautan” memengaruhi, menawarkan resistensi yang lebih besar terhadap pergerakan lapisan atom di bawah tekanan.

Karena itu, karena ukuran atom timah yang lebih besar menyebabkan regangan kisi yang lebih signifikan, perunggu menunjukkan kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi dibandingkan kuningan.

Katup Perunggu Korosi: Penyebab, Pencegahan & Solusi​

Apakah katup perunggu memiliki ketahanan korosi yang lebih baik?​

Ya, katup perunggu umumnya menunjukkan ketahanan korosi yang baik.

Untuk memahami alasannya, mari kita pertimbangkan dulu tembaga murni.
Di udara, tembaga murni membentuk lapisan pelindung oksida tembaga (Cu₂O) atau tembaga karbonat dasar (patina), yang memperlambat korosi. Namun, dalam air asin dan air laut (air yang mengandung ion klorida), ion klorida ini sangat agresif. Mereka dapat merusak lapisan pelindung ini, menyebabkan korosi lubang atau korosi seragam pada tembaga. Oksida tembaga (Cu₂O) lapisan sering tampak hitam dan mungkin terlihat seperti noda, tapi itu tidak mempengaruhi kinerja material; jika estetika tidak menjadi perhatian, itu tidak memerlukan pengobatan.

Perunggu, di sisi lain, mampu membentuk film pasivasi yang lebih stabil. Kehadiran timah (sn) sangat penting di sini, karena membantu membentuk lebih padat, lebih stabil, dan lapisan pasivasi yang lebih melekat pada permukaan perunggu. Film ini biasanya merupakan komposit timah oksida (SnO₂) dan tembaga oksida (Cu₂O). Timah oksida sendiri memiliki stabilitas kimia yang baik, khususnya dalam media netral atau asam lemah yang mengandung klorida. Lebih-lebih lagi, jika aluminium (Al) hadir dalam paduan perunggu (seperti pada aluminium perunggu), itu berkontribusi dengan membentuk aluminium oksida pelindung (Al₂O₃) lapisan, yang juga memberikan perlindungan yang sangat baik terhadap korosi air laut.

Mengapa katup perunggu lebih tahan terhadap korosi air asin dibandingkan katup kuningan??​

Katup kuningan menunjukkan ketahanan yang buruk terhadap korosi air asin. Hal ini terutama karena kuningan mengandung sejumlah besar seng, dan seng adalah unsur yang relatif aktif. Di lingkungan air asin, yang kaya akan ion klorida (Kl^–), kuningan rentan terhadap proses korosi yang disebut dezincifikasi. Selama dezincifikasi, semakin banyak zinc yang aktif Pelindian selektif keluar dari paduan, meninggalkan keropos, struktur kaya tembaga. Proses ini menyebabkan berkurangnya kekuatan kuningan, dan warnanya berubah dari kuning menjadi merah. Dezincifikasi adalah bentuk korosi yang kritis dan sangat merugikan pada katup kuningan; penurunan kinerja yang diakibatkannya berdampak langsung pada kualitas dan keselamatan operasional katup. Karena itu, katup kuningan harus dihindari dalam aplikasi air asin.

Sebaliknya, katup perunggu memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap korosi air asin. Timah (sn) hadir dalam perunggu adalah unsur yang kurang reaktif dibandingkan dengan seng dan tidak mudah terkorosi dalam air asin. Lebih-lebih lagi, oksida timah (SnO₂) film yang terbentuk pada permukaan perunggu bertindak sebagai penghalang pelindung. Lapisan oksida yang stabil ini secara efektif menghalangi ion klorida dalam air laut bereaksi dengan tembaga di bawahnya, sehingga mencegah korosi lebih lanjut.