PEMBUATAN BONDED ANISOTROPI MAGNET NdFeB
DAN KARAKTERISASINYA
SKRIPSI
SITI NURAINI
100801004
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PEMBUATAN BONDED ANISOTROPI MAGNET NdFeB
DAN KARAKTERISASINYA
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
SITI NURAINI
100801004
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERSETUJUAN
Judul : Pembuatan Bonded Anisotropi Magnet NdFeB dan Karakterisasinya
Kategori : Skripsi
Nama : Siti Nuraini
Nomor Induk Mahasiswa : 100801004
Program Studi : Sarjana (S1) Fisika
Departemen : Fisika
Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Disetujui di Medan, Juli 2014
Komisi Pembimbing :
Pembimbing 2, Pembimbing 1,
Drs. Herli Ginting, MS Dr. Toto Sudiro, Eng
NIP. 195505191986011001 NIP. 198102042005021001
Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU Ketua
PERNYATAAN
PEMBUATAN BONDED ANISOTROPI MAGNET NdFeB DAN KARAKTERISASINYA
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2014
PENGHARGAAN
Alhamdulillah, puji syukur kehadirat ALLAH SWT atas berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini dengan judul studi “Pembuatan Bonded Anisotropi Magnet NdFeB dan Karakterisasinya”. Tak lupa pula shalawat beriring salam penulis hantaskan kepangkuan Nabi Besar Muhammad SAW yang menghantarkan manusia dari alam jahiliah ke alam yang penuh ilmu pengetahuan seperti ini.
Penulis menyadari bahwa keberhasilan penyusunan skripsi ini tidak lepas dari dukungan dan bantuan orang-orang di sekeliling penulis. Maka dari itu, penulis ingin menyampaikan terimakasih kepada :
1. Ketua Departemen Fisika, Bapak Dr. Marhaposan Situmorang, Dekan dan Pembantu Dekan FMIPA USU, dan seluruh dosen maupun pegawai Departemen Fisika FMIPA USU.
2. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku Seketaris Departemen Fisika yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan kuliah, penelitian, dan skripsi.
3. Bapak Drs. Herli Ginting, MS selaku pembimbing 2 yang telah meluangkan waktunya selama penyusunan skripsi ini.
4. Ibu Dra. Ratna Askiah S, M.Si selaku Dosen FMIPA USU yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan kuliah, penelitian, dan skripsi.
5. Bapak Dr. Toto Sudiro, Eng selaku pembimbing 1, Pak Prof. Perdamean Sebayang, Pak Didik Aryanto, S.Si, M.Sc, Pak Dr. Agus Sukarto Wismogroho, Pak Candra Kurniawan, Pak Lukman Faris, dan Ibu Ayu Yuswita selaku pembimbing lapangan di PPF LIPI yang telah memberikan bimbingan dan masukan kepada penulis dalam melakukan penelitian.
6. Bapak Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng selaku Kepala PPF Serpong serta seluruh pegawai PPF LIPI yang telah membantu penulis dalam melakukan penelitian di PPF LIPI.
7. Tante Nifah, Om Asep, Kak Yola dan Oki yang telah memberikan dukungan dan merawat penulis selama melakukan penelitian di LIPI Serpong.
8. Sahabat-sahabat Fisika S-1 FMIPA USU terkhusus Zailani Ray, Nurlayla Hannum, Annisa Fitri, Nurhabibah, Tiara Dewi, Amaluddin Nst, Nuraini Fitri, Elsa Eka Putri, Muliati, Nurhasannah, Betty widya Oktaria, dan Zulniati yang telah memotivasi penulis menyelesaikan kuliah hingga skripsi ini.
10.Tak lupa penulis mengucapkan terimakasih kepada orang-orang terdekat penulis yang senantiasa memotivasi penulis dalam menyelesaikan kuliah, penelitian, dan skripsi ini. Pertama kepada orang teristimewa yaitu : kedua orang tuaku, Mama Sariani dan Ayah Sukirman yang tak pernah berhenti memberikan dukungan dari segala segi, hingga penulis dapat kuliah dana menyelesaikan kuliah ini. Kedua, kepada abang, kakak, dan adekku : Kak Sari, Kak Eni, Kak Raudah, Bang Anto, Bang Iwan, Bang Awal, Wadi, Keyza, Raffa, Azzu, Uzza dan saudara-saudaraku lainnya yang telah memberikan dukungan dan motivasi penulis menyelesaikan kuliah hingga skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa penulisan ini masih jauh dari kesempurnaan. Maka dari itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk memyempurnakan skripsi ini. Semoga dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca.
PEMBUATAN BONDED ANISOTROPI MAGNET NdFeB
DAN KARAKTERISASINYA
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang pembuatan bonded magnet NdFeB type MQA-37-16 dengan binder polivynil chloride. Tujuan penelitian ini untuk mempelajari pengaruh kuat medan orientasi terhadap sifat fisis dan magnet pada pembuatan bonded magnet NdFeB. Proses preparasi dengan mencampurkan serbuk magnet NdFeB dan binder polivynil chloride secara kering menggunakan Shaker Mill. Untuk setiap cuplikan dibutuhkan 4 gram massa total cuplikan bonded magnet NdFeB. Pencetakan dilakukan secara isotropi dan anisotropi dengan menggunakan medan magnet orientasi sebesar 2661,6; 3266,4; 3755,6 dan 4799,8 gauss dan diberi tekanan cuplikan sebesar 35 MPa. Kemudian di curing dengan suhu (curing temperature) cuplikan 150 oC selama 30 menit di inert (argon) atmosfer. Karakterisasi meliputi : analisa pengukuran densitas dengan prinsip Archimedes, analisa XRD, Struktur Mikro dengan menggunakan SEM, pengukuran kuat medan magnet (Fluks density) menggunakan Gaussmeter dan pengukuran BH curve dengan menggunakan Permagraph. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pembuatan bonded magnet dengan kuat medan magnet orientasi sebesar 3266,4 gauss menghasilkan flux magnet density optimum sebesar 3216,7 G dengan nilai bulk densitas = 5,39 g/cm3, Remanensi (Br) = 4,01
kG; Koersivitas (Hcj) = 10,962 kOe; Energi produk (BH)max = 3,26 MGOe
FABRICATIONS BONDED ANISOTROPY MAGNET NdFeB
AND CHARACTERIZATION
Abstract
Research on fabrications of bonded magnets NdFeB type MQA-37-16 with polivynil chloride binder has been done. The purpose of this study the effect of field strength and orientation on the physical and magnetic properties in the manufacture of bonded magnets NdFeB. Preparation process by dry mixing powder magnets NdFeB and polivynil chloride binder bi using Shaker Mill. For each sample takes 4 grams total mass of bonded magnet NdFeB. Printing is done isotropic and anisotropy using a magnetic field orientation at 2661,1; 3266,4; 3755,6; and 4799,8 gauss and pressurized sample at 35MPa. Then curing temperature sample of 150 oC samples for 30 minutes in an inert (argon) atmosphere. Characterization includes : analysis of density measurements by Archimedes principle, XRD Analysis, mikrostructure with SEM, measurement of magnetic field strength (flux density) with Gaussmeter and measurement BH curve with Permagraph. The results showed that the manufacture of bonded magnets with strong magnetic field orientation at 3266,4 gauss produces optimum magnetic flux density at 3216,7 G with bulk density = 5,39 g/cm3, Remanensi (Br) = 4,01 kG, Coercivity (Hcj) = 10,962 kOe, Energy Product (BH)max = 3,26 MGOe
DAFTAR ISI
2.7 Magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB) 12
2.8 Bonded Magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB) 13
2.9 Binder Polyvinyl Chloride (PVC) 14
2.10 Kompaksi 16
2.11 Curing 18
Bab 3. Metodologi Penelitian
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 19
3.2 Peralatan dan Bahan
3.2.1 Peralatan Penelitian 19
3.2.2 Bahan 20
3.3 Diagram Alir Penelitian 21
3.4 Prosedur Penelitian
3.4.1 Pencampuran Bahan Baku 22
3.4.3 Pengeringan Sampel 22
3.4.4 Magnetisasi 23
3.5 Karakterisasi
3.5.1 Karakterisasi Sifat Fisis
3.5.1.1 Densitas 23
3.5.1.2 Struktur Mikro 24
3.5.1.3 Struktur Kristal 24
3.5.2 Karakterisasi Sifat Magnetik 24
Bab 4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Hasil Penelitian dan Pembahasan
4.1.1 Hasil Maping Cetakan (Distribusi Kuat Medan Magnet
Orientasi) 25 4.1.2 Hasil Pengujian Sifat Fisis
4.1.2.1 Hasil Pengujian Densitas 26
4.1.2.2 Hasil Pengujian Struktur Kristal 27 4.1.2.3 Hasil Pengujian Struktur Mikro 29 4.1.3 Hasil Pengujian Sifat Magnetik
4.1.3.1 Pengujian Kuat Medan Magnet (Fluks Density)
Menggunakan Gaussmeter 30
4.1.3.2 Pengujian Kuat Medan Magnet (Fluks Density)
Menggunakan Permagraph 31
Bab 5. Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan 36
5.2 Saran 36
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel
Tabel 2.1 Sifat Kemagnetan Intrinsik Fasa Magnetik dari Magnet 8 Tabel 2.2 Komposisi Serbuk NdFeB Komersil Type MQA-37-16 13 Tabel 2.3 Kelarutan PVC (Keadaan Homopolimer) 15
Tabel 4.1 Hasil Mapping Cetakan 25
Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Densitas Bonded Magnet NdFeB dengan Variasi Kuat Medan Magnet Orientasi Sebelum
dan Sesudah Curing 26
Tabel 4.3 Nilai Kuat Medan Magnet pada Bonded Magnet NdFeB Dengan Variasi Kuat Medan Magnet Orientasi
Menggunakan Gaussmeter 30
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar
Gambar 2.1 Arah Partikel Magnet Isotropi dan Anisotropi 7
Gambar 2.2 Kurva Magnetisasi 9
Gambar 2.3 Jenis-jenis Kompaksi 17 Gambar 2.4 Tahapan Proses Kompaksi 18 Gambar 4.1 Mapping Cetakan 25 Gambar 4.2 Densitas Sebelum dan Sesudah Curing Bonded Magnet NdFeB 27 Gambar 4.3 Hasil XRD Powder dan Sampel Bonded NdFeB 28 Gambar 4.4 Hasil SEM Powder dan Sampel NdFeB 29 Gambar 4.5 Fluks Magnet Terhadap Kuat Medan Magnet Orientasi 31 Gambar 4.6 Kurva Histerisis Sampel Bonded Magnet NdFeB Tanpa Kuat
Medan Magnet Orientasi 32 Gambar 4.7 Kurva Histerisis Sampel Bonded Magnet NdFeB Pada Kuat
Medan Magnet Orientasi 2661,6 G 32 Gambar 4.8 Kurva Histerisis Sampel Bonded Magnet NdFeB Pada Kuat
Medan Magnet Orientasi 3266,4 G 33 Gambar 4.9 Kurva Histerisis Sampel Bonded Magnet NdFeB Pada Kuat
Medan Magnet Orientasi 3755,6 G 33 Gambar 4.10 Kurva Histerisis Sampel Bonded Magnet NdFeB Pada Kuat
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
Lamp
1. Bahan dan Peralatan Penelitian 40
2. MQA Product Specification 43
3. Kurva Histerisis Uji Permagraph Menggunakan Magnet-physic Dr.
Steingroever GmbH Permagraph C 44
4. Data Pengujian Bulk Density Menggunakan Prinsip Archimedes 45
PEMBUATAN BONDED ANISOTROPI MAGNET NdFeB
DAN KARAKTERISASINYA
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang pembuatan bonded magnet NdFeB type MQA-37-16 dengan binder polivynil chloride. Tujuan penelitian ini untuk mempelajari pengaruh kuat medan orientasi terhadap sifat fisis dan magnet pada pembuatan bonded magnet NdFeB. Proses preparasi dengan mencampurkan serbuk magnet NdFeB dan binder polivynil chloride secara kering menggunakan Shaker Mill. Untuk setiap cuplikan dibutuhkan 4 gram massa total cuplikan bonded magnet NdFeB. Pencetakan dilakukan secara isotropi dan anisotropi dengan menggunakan medan magnet orientasi sebesar 2661,6; 3266,4; 3755,6 dan 4799,8 gauss dan diberi tekanan cuplikan sebesar 35 MPa. Kemudian di curing dengan suhu (curing temperature) cuplikan 150 oC selama 30 menit di inert (argon) atmosfer. Karakterisasi meliputi : analisa pengukuran densitas dengan prinsip Archimedes, analisa XRD, Struktur Mikro dengan menggunakan SEM, pengukuran kuat medan magnet (Fluks density) menggunakan Gaussmeter dan pengukuran BH curve dengan menggunakan Permagraph. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pembuatan bonded magnet dengan kuat medan magnet orientasi sebesar 3266,4 gauss menghasilkan flux magnet density optimum sebesar 3216,7 G dengan nilai bulk densitas = 5,39 g/cm3, Remanensi (Br) = 4,01
kG; Koersivitas (Hcj) = 10,962 kOe; Energi produk (BH)max = 3,26 MGOe
FABRICATIONS BONDED ANISOTROPY MAGNET NdFeB
AND CHARACTERIZATION
Abstract
Research on fabrications of bonded magnets NdFeB type MQA-37-16 with polivynil chloride binder has been done. The purpose of this study the effect of field strength and orientation on the physical and magnetic properties in the manufacture of bonded magnets NdFeB. Preparation process by dry mixing powder magnets NdFeB and polivynil chloride binder bi using Shaker Mill. For each sample takes 4 grams total mass of bonded magnet NdFeB. Printing is done isotropic and anisotropy using a magnetic field orientation at 2661,1; 3266,4; 3755,6; and 4799,8 gauss and pressurized sample at 35MPa. Then curing temperature sample of 150 oC samples for 30 minutes in an inert (argon) atmosphere. Characterization includes : analysis of density measurements by Archimedes principle, XRD Analysis, mikrostructure with SEM, measurement of magnetic field strength (flux density) with Gaussmeter and measurement BH curve with Permagraph. The results showed that the manufacture of bonded magnets with strong magnetic field orientation at 3266,4 gauss produces optimum magnetic flux density at 3216,7 G with bulk density = 5,39 g/cm3, Remanensi (Br) = 4,01 kG, Coercivity (Hcj) = 10,962 kOe, Energy Product (BH)max = 3,26 MGOe
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Istilah "anisotropi magnetik" mengacu pada ketergantungan sifat magnetik pada arah dimana mereka diukur. Anisotropi magnetik mempengaruhi sifat magnetisasi dan kurva histerisis dalam bahan magnetik. Sebagai akibatnya sifat anisotropi magnetik merupakan faktor penting dalam menentukan kesesuaian bahan magnetik untuk aplikasi tertentu. Anisotropi intrinsik pada material, sebagai akibat dari struktur kristal atau bentuknya, atau dapat disebabkan oleh metode pengolahan. (Spaldin, 2003)
Anisotropi adalah suatu keadaan arah kristal yang tergantung pada medan magnet eksternal yang diterapkan, sehingga dapat dikatakan bahwa medan magnet eksternal yang diterapkan pada saat proses kompaksi tersebut bertujuan untuk menyearahkan arah domain partikel. Nilai dan tipe magnet anisotropi juga mempengaruhi sifat magnetisasi dan kurva histerisis dari material magnet.
Magnet permanen merupakan material magnet dengan aplikasi luas yang banyak digunakan pada industri-industri di Indonesia, namun pemenuhan komponen magnet permanen sampai saat ini masih bergantung pada produk impor, seperti dari Jepang dan China. Hal ini disebabkan karena belum adanya produsen magnet permanen lokal dalam negeri.
Magnet permanen ini banyak digunakan sebagai komponen pada televisi, telepon, komputer, dan bidang otomotif. Penggunaan magnet pada bidang otomotif, misalnya untuk starter, door lock, dan wiper. Dari contoh diatas menunjukkan bahwa bahan magnet yang mempunyai kekuatan tinggi akan menghasilkan peningkatan efisiensi operasi dan pengurangan berat. Dari tahun 1990 hingga 2000 konsumsi magnet meningkat mencapai 12,2% untuk setiap tahunnya. Pada tahun 2000 nilai produksi magnet mencapai $ 6,5 juta. (Deswita, 2007)
Sm2Co17) dan magnet berbasis logam tanah jarang Re-Fe-B. Magnet ferrite
memiliki energi produk 5 MGOe, AlNiCo dapat menghasilkan energi produk sebesar 13 MGOe, dan magnet Sm-Co dapat menghasilkan energi produk maksimum sebesar 20 MGOe dan magnet berbasis logam tanah jarang menghasilkan energi produk maksimum sebesar 37 MGOe. Meskipin magnet Sm-Co dapat menghasilkan energi produk maksimum sebesar 20 MGOe, harganya relatif mahal, sehingga magnet tersebut jarang digunakan dalam skala besar. Selain memiliki sifat magnet intrinsik yang lebih baik, magnet ReFeB relatif lebih murah dibandingkan dengan magnet Samarium-Cobalt. (Deswita, 2007)
Meskipun PrFeB dan NdFeB sama-sama merupakan magnet logam tanah jarang, magnet NdFeB dan PrFeB memiliki perbedaan sifat magnet, antara lain temperatur curie (Tc) dan energi produk (BH)max yang dihasilkan. Magnet PrFeB
memiliki temperatur curie (Tc) yang lebih rendah dibandingkan magnet NdFeB, yaitu senilai 291 oC. Namun demikian, PrFeB memiliki nilai energi produk (BH)max yang lebih tinggi daripada NdFeB yaitu senilai 14,3-16,3 MGOe (MQP
Product Spesification). (Deswita, 2007)
Sebuah pendingin yang cepat dan proses pengerjaannya yang sesuai dengan suhu pengeringan akan menghasilkan magnet bonded anisotropi NdFeB yang baik. Kondisi yang sesuai untuk membuat magnet bonded dengan cara menambahkan binder untuk menghasilkan koersivitas magnet NdFeB. Magnet tersebut menunjukkan (BH)max = 36 MGOe dan Hcj = 20 kOe . (Iwasaki, 1989)
1.2Perumusan Masalah
Untuk menghasilkan magnet permanen NdFeB dengan kualitas terbaik tentu harus memperhatikan proses pengerjaan. Dengan demikian, perumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana karakteristik serbuk komersil type MQA-37-16: ukuran partikel dan mikrostruktur?
2. Bagaimana sifat fisis (densitas bulk) yang diorientasi dengan kuat medan magnet orientasi yang berbeda?
3. Bagaimana karakterisasi: komposisi phase dan mikrostruktur dari pembuatan bonded anisotropi magnet NdFeB?
4. Bagaimana pengaruh kuat medan magnet orientasi terhadap kuat medan magnet dan sifat intrinsik magnet pada pembuatan bonded anisotropi magnet NdFeB?
1.3Batasan Masalah
Untuk membatasi masalah yang akan dibahas dalam penelitian ini, maka diberikan batasan masalah sebagai berikut:
1. Variasi kuat medan magnet orientasi yang digunakan pada pembuatan magnet NdFeB anisotropi.
2. Karakterisasi bahan yang akan dilakukan adalah sebagai berikut:
a. Pengujian SEM untuk menganalisis struktur mikro material dan ukuran partikel magnet permanen NdFeB.
b. Pengujian XRD untuk menganalisis struktur kristal pada magnet permanen NdFeB.
c. Pengujian densitas untuk mengetahui densitas material magnet permanen NdFeB.
d. Pengujian kuat medan magnet (Fluks Magnet) menggunakan Gaussmeter.
1.4Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Membuat bonded anisotropi magnet NdFeB.
2. Mengetahui pengaruh kuat medan magnet orientasi terhadap sifat magnet dan sifat fisis pada pembuatan bonded magnet NdFeB.
1.5Manfaat Penelitian
Dari tujuan yang telah disebutkan di atas, maka dalam penelitian ini diharapkan manfaat dari penelitian adalah sebagai berikut:
1. Mendapatkan parameter proses pembuatan anisotropi bonded magnet NdFeB. 2. Memperoleh material magnet komposit NdFeB yang baik dengan
penambahan binder polivynil chloride (Resin PVC) .
1.6Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan dibeberapa tempat, yaitu sebagai berikut:
1. Pusat Penelitian Fisika (PPF) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI)
– Puspiptek Serpong.
2. Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi (P2ET) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) – Bandung.
1.7Sistematika Penulisan
Penulisan laporan tugas akhir ini terdiri dari lima bab dengan sistematika sebagai berikut:
Bab 1 Pendahuluan
Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah yang akan diteliti, tujuan penelitian, manfaat penelitian, tempat penelitian, dan sistematika penelitian. Bab 2 Tinjauan Pustaka
Bab 3 Metodologi Penelitian
Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian, diagram penelitian (prosedur penelitian), dan karakterisasi cuplikan yang dilakukan.
Bab 4 Hasil dan Pembahasan
Bab ini membahas tetntang data hasil penelitian dan analisa data yang diperoleh dari penelitian.
Bab 5 Kesimpulan
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1Pengertian Magnet Secara Umum
Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Kata magnet (magnit) berasal dari bahasa Yunani, magnitis lithos yang berarti batu Magnesian. Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki) di mana terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut. Magnet selalu memiliki dua kutub yaitu kutub utara dan kutub selatan. Kutub magnet adalah daerah yang berada pada ujung-ujung magnet dengan kekuatan magnet yang paling besar berada pada kutub-kutubnya. Walaupun magnet dapat dipotong-potong sampai kecil, potongan tersebut akan tetap memiliki dua kutub.
Pada tahun 1819 diketahui bahwa ada hubungan antara fenomena-fenomena listrik dan magnet. Pada tahun itu seorang sarjana bangsa Denmark Hans Christian Oersted (1770-1851) mengamati bahwa sebuah magnet yang dapat berputar akan menyimpang apabila berada didekat kawat yang dialiri arus. Dua belas tahun kemudian, setelah bertahun-tahun mengadakan percobaan, Faraday menemukan bahwa akan ada aliran arus sebentar dalam sebuah circuit, apabila arus dalam circuit lain didekatnya dimulai alirannya atau diputuskan. Tidak lama kemudian setelah itu diketahui bahwa gerakan magnet menjauhi atau mendekati circuit itu menimbulkan efek yang sama. (Sears, 1963)
2.2Magnet Permanen
Produk magnet permanen ada dua macam berdasarkan teknik pembuatannya yaitu magnet permanen isotropi dan magnet permanen anisotropi.
(a) (b)
Gambar 2.1 Arah partikel pada magnet isotropi dan anisotropi. (a) Arah partikel acak (Isotropi). (b) Arah partikel searah (Anisotropi). (Masno G, 2006)
Magnet permanen isotropi merupakan magnet dimana pembentukkan arah domain magnet partikel-partikelnya masih acak, sedangkan yang anisotropi pada pembentukkan dilakukan didalam medan magnet sehingga arah domain magnet partikel-partikelnya mengarah pada satu arah tertentu seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1 untuk membedakan isotropi dan anisotropi. Magnet permanen isotropi memiliki sifat magnet atau remanensi magnet yang lebih rendah dibandingkan dengan magnet permanen anisotropi.
Suatu magnet permanen harus mampu menghasilkan densitas fluks magnet, B magnet yang tinggi dari suatu volume magnet tertentu, stabilitas magnetik yang baik terhadap efek temperatur dan waktu, serta memiliki ketahanan yang tinggi terhadap pengaruh demagnetisasi. Pada prinsipnya, suatu kemagnetan permanen haruslah memiliki karakteristik minimal dengan sifat kemagnetan remanen (Br) dan koersivitas intrinsik (JHc) serta temperatur curie (Tc) yang
tinggi. (Manaf, 2013)
2.3Perkembangan Magnet Permanen
Diawal abad 19, baja martensit digunakan sebagai magnet permanen. Baja tersebut memiliki kandungan Co 30% - 40% dapat menghasilkan magnet permanen dengan Br 0,90T dan Energi Produk Maksimum (BH)max .
pada waktu tersebut. Namun dalam beberapa puluh tahun belakangan, telah terjadi perkembangan yang sangat pesat dalam penelitian dibidang magnet permanen sehingga sejumlah fasa magnetik baru dengan energi yang lebih tinggi telah ditemukan. Magnet Alnico misalnya, pertama kali diperkenalkan pada tahun 1930-an, terdiri dari sejumlah elemen logam transisi (Fe, Co, Ni) memiliki nilai (BH)max dua kali lebih besar dari magnet baja.
Pada tahun 1950-an, dikembangkan magnet permanen kelas keramik dengan formula MO(Fe2O3)6 dimana M adalah Barium atau Stronsium yang
kemudian dikenal sebagai magnet ferit. Bila dibandingkan dengan magnet Alnico, magnet ferit memiliki energi dan remanen yang lebih rendah tetapi memiliki koersivitas yang jauh lebih tinggi. Pada tahun 1970-an untuk pertama sekali ditemukan magnet kelas logam tanah jarang (rare earth permanent magnets). Fasa magnetik SmCo5 dan Sm2Co17 memiliki polarisasi total (Js) dan medan magnet
anisotropi (HA) yang sangat tinggi sehingga berpeluang memiliki remanen dan
koersivitas yang tinggi, sebagai keharusan untuk mendapatkan magnet permanen dengan nilai (BH)max yang tinggi. Beberapa sifat kemagnetan dapat dilihat pada
tabel 2.1.
Tabel 2.1 Sifat Kemagnetan Intrinsik Fasa Magnetik dari Magnet Fasa Temperatur
menurun. Namun ditahun 1980-an, ditemukan magnet permanen logam tanah jarang baru berbasis fasa magnetik RE2Fe14B. Unsur RE dapat membentuk fasa
RE2Fe14B yang sangat berpeluang untuk memiliki energi yang paling tinggi.
(Manaf, 2013)
2.4Histerisis Magnet
Magnet biasanya dibagi atas dua kelompok yaitu: magnet lunak dan magnet keras. Magnet keras dapat menarik bahan lain yang bersifat magnet. Selain itu sifat kemagnetannya dapat dianggap cukup kekal. Magnet lunak dapat bersifat magnetik dan dapat menarik magnet lainnya. Namun, hanya memiliki sifat magnet apabila berada dalam medan magnet dan sifat kemagnetannya tidak kekal. Perbedaan antara magnet permanen atau magnet keras dan magnet lunak dapat dilakukan dengan menggunakan loop histerisis yang telah dikenal seperti pada gambar 2.1.
Bila bahan magnet berada dalam medan magnet, H, “garis gaya yang berdekatan” akan tertarik ke dalam bahan sehingga rapat fluks meningkat. Dikatakan bahwa, induksi magnet, B meningkat. Dengan sendirinya, jumlah induksi tergantung pada medan magnet dan jenis bahan. Pada contoh Gambar 2.1, rasio B/H tidak linear, terjadi lompatan induksi mencapai level yang tinggi, kemudian rasio tersebut hampir konstan dalam medan yang lebih kuat.
(a) (b) (c) Gambar 2.2 Kurva Magnetisasi
a. Induksi awal (B) versus medan magnet (H). b. Loop histerisis (magnet lunak).
Baik induksi remanen (rapat fluks) dan medan koersif, B dan –HC masing-masing,
besar untuk magnet keras. Hasil perkalian BH merupakan patokan untuk energi demagnetisasi.
Pada magnet lunak, terjadi penurunan kembali yang hampir sempurna jika medan magnet ditiadakan. Medan magnet bolak-balik akan menghasilkan kurva simetris dikuadran ketiga. Kurva histerisis magnet permanen sangat berbeda. Bila medan magnet ditiadakan, induksi tersisa akan menghasilkan induksi remanen, Br.
Medan yang berlawanan, yang disebut medan koersif, -HC, diperlukan sebelum
induksi turun menjadi nol. Sama dengan magnet lunak, loop tertutup dari magnet memiliki simetri 180o.
Karena hasil kali medan magnet (A/m) dan induksi (V.det/m2) merupakan energi per satuan volume (J/m3) disebut dengan energi produk maksimum (BH)max, luas daerah hasil integrasi di dalam loop histerisis adalah sama dengan
energi yang diperlukan untuk siklus magnetisasi mulai dari 0 sampai +H hingga – H sampai 0. Energi yang dibutuhkan magnet lunak dapat diabaikan, magnet keras memerlukan energi lebih banyak sehingga kondisi-ruang, demagnetisasi dapat diabaikan. Dikatakan dengan magnetisasi permanen.
Magnet permanen dapat diberi indeks berdasarkan medan koersif yang diperlukan untuk menghilangkan induksi. Patokan ukuran yang lebih baik adalah hasil kali BH. Hasil kali BH maksimum lebih sering digunakan karena merupakan barier energi kritis yang harus dilampaui. Magnet lunak merupakan pilihan tepat untuk penggunaan pada arus bolak-balik atau frekuensi tinggi, karena harus mengalami magnetisasi dan demagnetisasi berulang kali selama selang satu detik. Spesifikasi yang agak kritis untuk magnet lunak adalah induksi jenuh (tinggi), medan koersif (rendah), dan permeabilitas maksimum (tinggi). (Van Vlack, 1984)
2.5Medan Anisotropi (Anisotropy Field) Fasa Magnetik
Anisotropi magnet dapat muncul dari berbagai sebab seperti bentuk magnet, struktur kristal, efek stress dan lain sebagainya. Kebanyakan material
maka keadaan jenuh dapat dicapai pada medan magnet luar yang relatif kecil. Sebaliknya, bila magnetisasi dilakukan searah sumbu keras, keadaan saturasi dapat dicapai pada aplikasi medan magnet yang relatif tinggi. Oleh karena itu, untuk menimbulkan sifat anisotropi, magnet dibuat agar memiliki arah yang disukai tersebut (preferred direction). Arah ini umumnya searah dengan sumbu mudah kristal dimana pada keadaan stabil arah momen magnet atau magnetisasi kristal sama dengan arah sumbu mudah.
Pada konfigurasi keadaan stabil ini, energi total dalam magnet adalah minimum. Sumbu kristal yang lain disebut sebagai sumbu keras dimana pemagnetan pada arah ini meningkatkan energi kristal karena diperlukan suatu energi untuk mengubah arah vektor magnetisasi yang tadinya searah dengan sumbu mudah. Energi yang diperlukan untuk mengarahkan arah momen magnet menjauhi sumbu mudahnya yang disebut magnetocrystalline energy atau anisotropy energy, EA. (Manaf, 2013)
Meskipun sebagian besar bahan menunjukkan magnetocrystalline anisotropi, sampel polikristalin tanpa orientasi yang disukai garis-garis yang akan memiliki keseluruhan anisotropi kristal. Jika sampel berbentuk seperti bola maka bidang yang sama akan menarik ke tingkat yang sama di setiap arah. Jika sampel bentuknya tidak bulat, maka akan lebih mudah untuk menarik itu sepanjang sumbu. Fenomena ini dikenal sebagai bentuk anisotropi. (Spaldin, 2003)
2.6Sifat Intrinsik Kemagnetan Fasa Magnetik
Koersivitas digunakan untuk membedakan hard magnet atau soft magnet. Semakin besar gaya koersivitasnya maka semakin keras sifat magnetnya. Bahan dengan koersivitas tinggi berarti tidak mudah hilang kemagnetannya. Untuk menghilangkan kemagnetannya diperlukan intensitas magnet H yang besar. Tidak seperti bahan soft magnet yang mempunyai medan magnet B sebesar , dalam magnet permanen, magnetisasi bukan merupakan fungsi linier yang sederhana dari rapat fluks karena nilai dari medan magnet H yang digunakan dalam magnet permanen secara umum jauh lebih besar dari pada bahan soft magnet.
medan magnetik (H) berharga nol dan induksi magnet (B) menunjukkan harga tertentu. Bagaimanapun juga koersivitas pada magnet permanen akan menjadi kecil jika remanensi dalam magnetisasi juga kecil. Oleh karena itu besar nilai remanensi yang dikombinasikan dengan besar koersivitas menjadi sangat penting.
Saturasi magnetisasi adalah keadaan dimana terjadi kejenuhan, nilai medan magnet B akan selalu konstan walaupun medan eksternal H dinaikkan terus. Remanensi tergantung pada saturasi magnetisasi. Untuk magnet permanen saturasi magnetisasi seharusnya lebih besar dari pada soft magnet. (Anwar, 2011)
2.7Magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB)
Secara umum magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB) dikenal sebagai magnet tanah jarang. Manget Neodymium Iron Boron (NdFeB) adalah merupakan paduan yang berasal dari grup Lantanida pada sistem periodik unsur. Magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB) adalah magnet bumi yang terbuat dari paduan unsur neodymium, besi dan boron untuk membentuk struktur Kristal tetragonal Nd2Fe14B. Dikembangkan pada tahun 1982 oleh General Motors dan Sumitomo
Special Metals, magnet NdFeB adalah magnet permanen paling kuat yang dibuat (Fraden, 2010).
Tabel 2.2 Komposisi Serbuk NdFeB komersil Type MQA-37-16 Substansi Persen Berat (% wt)
Neodymium (Nd) 25,7
2.8Bonded Magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB)
Bahan Bonded Magnet merupakan magnet komposit yang dibuat dari serbuk magnet yang dicampurkan dengan bahan matriks (pengikat/binder) yang bersifat non magnet. Bahan bonded magnet dapat bersifat kaku (rigid) atau lentur (flexible) tergantung dari jenis pengikat yang digunakan. Bahan Rigid Bonded Magnet (RBM) yang pasarnya berkembang sangat cepat adalah bahan NdFeB. Bahan NdFeB mempunyai sifat kemagnetan yang unggul (BHmax) dan dapat
diaplikasikan dalam bidang industri otomotif, kesehatan dan elektronik. Adapun fungsi dari binder adalah untuk menyatukan butiran serbuk magnet menjadi satu kesatuan dalam bentuk komposit. Selain itu, bahan binder sangat berpengaruh terhadap sikaf mekanik, listrik, maupun stabilitas termal dari magnet komposit. (Ihsan, 2005).
Bonded Magnet ini memiliki kelemahan pada hasil material magnetnya. Hal itu dikarenakan oleh bonded magnet memiliki sifat yang lebih rendah daripada magnet yang disintering. Akan tetapi, disamping kelemahan tersebut, Bonded Magnet ini memiliki keutungan-keuntungan sebagai berikut:
a. Sederhana dan biaya produksi rendah
b. Mudah dibentuk dan variasinya juga beragam c. Ketahanan mekanik yang cukup baik
d. Dapat dibentuk dalam geometri yang kompleks
Bonded Magnet dengan campuran logam transisi tanah jarang mempunyai sifat magnet unggul dibandingkan sifat magnetik bonded ferrit. Hal tersebut terlihat secara signifikan, karena magnet bonded ferrit mempunyai koefisien temperatur positif terhadap Hc yang berarti koersivitas meningkat dengan peningkatan temperatur. (Deswita, 2007)
2.9BinderPolyvinyl Chloride (PVC)
Penggunaan resin sebagai binder dalam bonded magnet telah banyak dilakukan oleh para peneliti, termasuk paten yang dikeluarkan. Beberapa sifat dan kelebihan yang dimiliki oleh resin sebagai matriks dalam komposit antara lain ketahanannya terhadap pelarut organik, panas, oksidasi dan kelembaman seperti ringan, sifat mekanik serta mudah dimodifikasi dalam pembuatannya. Binder yang digunakan adalah resin polyvinyl chloride (PVC).
Polyvinyl Chloride (PVC) resin merupakan hasil polimerisasi monomer vinil klorida dengan bantuan katalis. Pemilihan katalis tergantung pada jenis proses polimerisasi yang digunakan. Untuk mendapatkan produk-produk dari PVC digunakan beberapa proses pengolahan yaitu:
1. Calendering
Produk akhir: Sheet, Film, Leather cloth dan Floor covering. 2. Ekstrusi
Merupakan cara pengolahan PVC yang banyak digunakan karena proses ini dapat dihasilkan bermacam-macam produk. “Extruder head” dapat digantikan dengan bermacam bentuk untuk menghasilkan:
Isolasi kabel listrik dan telepon.
Barang berongga dan blown film. 3. Cetak injeksi
Produk yang diperoleh adalah:
Sol sepatu, sepatu, sepatu boot.
Container, sleeve (penguat leher baju), valve.
Fitting, electrical and engineering parts. (Mujiarto, 2005)
Massa jenis PVC secara umum adalah 1,4 g/cm3. Sifat-sifat PVC tersebut adalah baik dalam ketahanan air, ketahanan asam dan ketahanan alkali, tidak bersifat racun dan tidak menyala, isolasi listriknya baik dan tahan terhadap banyak larutan. Tabel 2.3 menunjukkan kelarutan PVC. Melunak pada 65-85oC dan plastis pada 120-150oC. Mencair pada atau diatas 170oC dan terurai memberikan asam klorida pada atau diatas 190oC. Temperatur yang cocok untuk pengolahan adalah 150-180oC. Akan tetapi sifat-sifat tersebut dapat berubah tergantung pada sistem produksi yang menyangkut keteraturan stereo dari polimer dan derajat polimerisasinya, oleh karena itu perlu dipilih bahan yang cocok untuk memenuhi keperluan.
Bahan yang derajat polimerisasinya 2500-3000 dibuat untuk selang dan pembungkusan, yang 1300-1700 dibuat untuk kabel listrik dan pasta, yang 1000-1300 dibuat untuk film; kulit imitasi; lembaran tipis dan pipa lunak, 700-800 dibuat untuk lembaran kaku; pipa kaku; botol, yang 400-500 dibuat untuk pelat gramopon, yang kurang dari 400 dipakai untuk cat dan perekat.
Tabel 2.3 kelarutan PVC (Keadaan Homopolimer)
Tidak larut dalam Metanol, etanol, n-butanol, etilen glikol, asam asetat eter, air
Mengembang dalam Gasolin, minyak pelumas, karbon disulfida, bensen, toluen Sedikit larut dalam Kloroform, trikloroetilen, aseton
Larut dalam Sikloheksanon, nitrobensen, dioksan, butil asetat, dikloroetan, tetrahidrofuran, metilisobutil keton
2.10 Kompaksi
Kompaksi merupakan proses pemadatan serbuk menjadi sampel dengan bentuk tertentu sesuai dengan cetakannya. Ada 2 macam metode kompaksi, yaitu:
1. Cold compressing, yaitu penekanan dengan temperatur kamar. Motede ini dipakai apabila bahan yang digunakan mudah teroksidasi, seperti Al. 2. Hot compressing, yaitu penekanan dengan temperatur di atas temperatur
kamar. Metode ini dipakai apabila material yang digunakan tidak mudah teroksidasi.
Pada proses kompaksi, gaya gesek yang terjadi antar partikel yang digunakan dan antar partikel komposit dengan dinding cetakan akan mengakibatkan kerapatan pada daerah tepi dan bagian tengah tidak merata. Untuk menghindari terjadinya perbedaan kerapatan, maka pada saat kompaksi digunakan lubricant/pelumas yang bertujuan untuk mengurangi gesekan antara partikel dan dinding cetakan. Dalam penggunaan lubricant/bahan plumas, dipilih bahan pelumas yang tidak reaktif terhadap campuran serbuk dan yang memiliki leleh rendah sehingga pada proses sintering tingkat awal lubricant dapat menguap. Terkait dengan pemberian lubricant/pelumas pada proses kompaksi, maka terdapat 2 metode kompaksi, yaitu:
1. Die-wall compressing penekanan dengan memberikan lubricant pada dinding cetakan.
2. Internal lubricant/pelumas penekanan dengan mencampurkan lubricant/pelumas pada material yang ditekan. perubahan bentuk secara permanen atau mengalami deformasi elasti baik pada matrik maupun filler sehingga serbuk tetap berbentuk bola.
2. Pola ikatan bola-bidang
terdeformasi plastis dan yang lain (filler) terdeformasi elastis, sehingga berakibat partikel seolah-seolah berbentuk bola-bidang.
3. Pola ikatan bidang-bidang
Terjadi bila besarnya gaya tekan yang diberikan lebih besar dari pada yield strength (ys) matrik dan filler. Penekanan ini menyebabkan kedua material (matrik dan filler) terdeformasi plastis, sehingga berakibat partikel seolah-olah berbentuk bidang-bidang. (Nayiroh, 2013)
Kompaksi dapat dilakukan dengan satu arah sumbu atau dua arah sumbu. Kompaksi dua arah ini bisa jadi dengan menggunakan penekan atas dan bawah. Pada Gambar 2.3 terlihat berbagai jenis kompaksi yaitu (a) single punch, (b) dan (c) double punches, dan (d) multiple punches. Penekan bawah sekaligus berfungsi sebagai injektor untuk mengeluarkan benda yang telah dicetak.
(a) (b) (c) (d) Gambar 2.3 Jenis-jenis kompaksi (Fawaid, 2013)
(a) (b) (c)
Gambar 2.4 Tahapan proses kompaksi. (a) Preparation, (b) Compaction, dan (c) Completed Compaction (Groover, 2007)
2.11 Curing
Curing adalah proses pemanasan sampai pada temperatur rendah yang menyebabkan bersatunya partikel dan meningkatnya efektivitas reaksi tegangan permukaan. Selama proses curing akan terbentuk batas-bats butir yang merupakan tahap rekristalisasi dan gas-gas-gas yang ada menguap. Untuk waktu pemansan tergantung dari jenis logam dan tidak boleh memanfaatkan tambahan dengan perpanjangnya waktu pemanasan. (Zainuddin, 2012)
Parameter curing yaitu temperatur, waktu, kecepatan pendinginan, kecepatan pemanasan, atmosfer curing, dan jenis material. Berdasarkan pola ikatan yang etrjadi pada proses kompaksi, ada 2 fenomena yang mungkin terjadi pada saat curing yaitu:
1. Penyusutan (Shrinkage)
Apabila pada saat kompaksi terbentuk pola ikatan bola-bidang maka pada proses curing akan terbentuk penyusutan, yang terjadi karena saat proses curing berlangsung gas yang berada pada porositas mengalami peristiwa keluarnya gas pada saat curing.
2. Retak (Cracking)
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan selama 3 bulan, mulai dari tanggal 3 Maret 2014 sampai dengan tanggal 6 Juni 2014. Penelitian dilakukan dibeberapa tempat, yaitu sebagai berikut:
2. Pusat Penelitian Fisika (PPT) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI)-Puspiptek Serpong.
3. Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi (P2ET) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI)-Bandung.
3.2Peralatan dan Bahan
Peralatan dan bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian adalah sebagai berikut.
3.2.1 Peralatan Penelitian
Peralatan yang digunakan dalam penelitian adalah sebagai berikut: 1. Spatula
Berfungsi sebagai alat untuk mengambil serbuk bahan baku pembuatan sampel.
2. Neraca digital 4 digit
Berfungsi sebagai alat untuk menimbang bahan-bahan yang akan digunakan dalam pembuatan sampel magnet NdFeB.
3. Shaker Mill
Berfungsi sebagai alat untuk mencampurkan serbuk magnet NdFeB dengan polimer.
4. Cetakan (Moulding)
Berfungsi sebagai wadah cetakan sampel magnet berbentuk pellet. 5. Magnetic Field Press
6. Cawan
Berfungsi sebagai tempat meletakkan sampel saat proses pengeringan. 7. High Temperature Furnance
Berfungsi untuk mengeringkan sampel setelah dikompaksi. 8. Jangka Sorong Digital
Berfungsi sebagai alat ukur dimensi sampel magnet.
9. Magnet-Physic Dr. Steingroever GmbH Impulse magnetizerK-Series Berfungsi sebagai alat magnetisasi sampel yang telah dicetak. 10.Gaussmeter
Berfungsi sebagai alat untuk mengukur besarnya medan magnet permukaan sampel magnet.
11.SEM (Scanning Electron Microscope) Hitachi SU3500
Berfungsi sebagai alat karakterisasi struktur mikro dari sampel. 12.Magnet-Physic Dr. Steingroever GmbH Permagraph C
Berfungsi sebagai alat karakterisasi sifat magnetik dari sampel dan menghasilkan kurva histerisis.
13.X-Ray Diffaction (XRD) Rigaku
Berfungsi sebagai karakterisasi struktur kristal (fasa) dari sampel. 14.Kotak Hampa Oksigen (Glove Box)
Berfungsi untuk menyimpan sampel dalam keadaan vakum.
3.2.2 Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian adalah sebagai berikut:
1. Powder Neodymium Iron Boron (NdFeB) komersil type MQA-37-16 Berfungsi sebagai bahan baku dalam pembuatan bonded magnet NdFeB. 2. Resin Polyvinyl Chloride (Powder), merupakan bahan polimer termoplastik,
3.3Diagram Alir Penelitian
Diagram alir dari pembuatan bonded anisotropi magnet NdFeB dengan binder polyvinyl chloride dapat dilihat pada Gambar 3.1.
⁄ Powder NdFeB
type MQA-37-16 ⁄
Powder Polivynil chloride
Pencampuran NdFeB dan resin polivynil chloride dengan komposisi 98 : 2 % dari massa total setiap komposisi 4 gram menggunakan Shaker Mill selama sekon
3.4Prosedur Penelitian
Pembuatan sampel uji dilakukan dengan cara dry pressing (cetak kering). Tahap penelitian yang dilakukan dalam pembuatan bonded magnet NdFeB yaitu tahap pembuatan bonded magnet NdFeB dengan binder polivynil chloride. Tahap tersebut terdiri atas pencampuran bahan baku, proses kompaksi, pengeringan sampel, dan magnetisasi. Tahap-tahap tersebut dijelaskan sebagai berikut.
3.4.1 Pencampuran Bahan Baku
Bahan baku magnet NdFeB yang digunakan pada bonded magnet NdFeB ini adalah powder Neodymium Iron Boron (NdFeB) komersil type MQA-37-16, sedangkan binder yang digunakan adalah powder polivynil chloride komersil type KH-10. Pada tahap preparasi, sampel bonded magnetditimbang menggunakan neraca digital 4 digit dengan komposisi NdFeB : Binder, yaitu 98:2% dengan massa total 4 gram. Lalu, dilakukan pencampuran bahan baku NdFeB dengan bahan baku binder menggunakan Shaker Mill. Setelah powder NdFeB dengan binder homogen, sampel dimasukkan ke dalam cetakan (moulding).
3.4.2 Proses Kompaksi
Setelah pencampuran bahan baku sampel, selanjutnya dilakukan proses orientasi dengan variasi kuat medan magnet orientasi sebesar 0; 2661,7; 3266,4; 3755,6; dan 4799,8 gauss ditahan selama 2 menit dan kemudian dilakukan penekanan (kompaksi) dengan Magnetic Field Press dengan kapasitas 35 MPa selama 3 menit. Proses kompaksi ini melalui orientasi partikel magnet (anisotropi), dimana medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik pada coil. Adapun desain alat magnetisasi disesuaikan dengan cetakan agar mudah dikeluarkan dari cetakan dan tidak hancur pada saat pengeringan.
3.4.3 Pengeringan Sampel
3.4.4 Magnetisasi
Setelah sampel bonded magnet NdFeB dikeringkan, maka pada tahap terakhirnya, sampel tersebut dimagnetisasi menggunakan Magnet-Physic Dr. Steingroever GmbH Impulse magnetizer K-Series dengan V=1700 volt dan I yang dihasilakan sekitar 5,90-5,93 kA. Sampel magnet yang telah selesai dibuat tersebut selanjutnya dikarakterisasi sifat fisis, komposisi phase, mikrostruktur dan sifat magnetiknya.
3.5Karakterisasi
Karakterisasi sampel yang dilakukan pada penelitian ini adalah karakterisasi fisis, komposisi phase, mikrostruktur dan karakterisasi magnetik. Karakterisasi tersebut dijelaskan sebagai berikut.
3.5.1 Karakterisasi Sifat Fisis
Karakterisasi sifat fisis yang dilakukan dalam penelitian ini yaitu sebagai berikut.
3.5.1.1 Densitas
Nilai densitas suatu sampel adalah ukuran kepadatan dari suatu sampel yang dapat dihasilkan dari beberapa cara. Salah satu metode yang paling sederhana adalah Bulk Density, yaitu dengan menggunakan Prinsip Archimedes dengan Aquadest sebagai medianya. Langkah kerja untuk menentukan besarnya densitas (g/cm3) suatu sampel yaitu sebagai berikut.
1. Sampel yang telah dicuring atau dikeringkan di High Temperature Furnace pada temperatur 150oC selama 30 menit pada inert (argon) atmosfer.
2. Kalibrasi neraca setelah kawat dan tiang penyangga diletakkan diatas neraca. 3. Menimbang massa sampel diudara dengan menggunakan kawat sebagai
massa kering sampel (mk).
4. Tuangkan aquadest ke dalambeaker glassdengan volume 500mL.
5. Mencelupkan sampel ke dalam beaker glass yang berisi air selama 3 menit, sebagai massa basah sampel dalam air (mb).
(3.1)
dengan:
densitas sampel (g/cm3)
massa kering sampel diudara (g) massa basah sampel dalam air (g) densitas air pada suhu tertentu (g/cm3)
3.5.1.2 Struktur Mikro
Struktur Mikro dapat dianalisis salah satunya dengan menggunakan pengujian Scanning Electron Microscope (SEM). Scanning Electron Microscope adalah alat yang dapat memberikan hasil detail permukaan sampel dan objek secara mikroskopis. Tujuan dilakukannya pengujian analisis mikro struktur sampel adalah untuk mengetahui mikro struktur bahan.
3.5.1.3 Struktur Kristal
Struktur kristal dapat ditentukan salah satunya dengan menggunakan pengujian X-Ray Diffraction (XRD). X-Ray Diffraction adalah alat yang dapat memberikan data-data difraksi dan kuantitas intensitas difraksi pada sudut-sudut difraksi (2 ) dari suatu sampel. Tujuan dilakukannya pengujian analisis struktur kristal adalah untuk mengetahui perubahan fasa struktur bahan dan mengetahui fasa-fasa apa saja yang terbentuk selama proses pembuatan bonded magnet.
3.5.2 Karakterisasi Sifat Magnetik
Karakterisasi sifat magnet dilakukan menggunakan gaussmeter untuk mengetahui kuat medan magnet sampel dan menggunakan Magnet-Physic Dr. Steingroever GmbH Permagraph C, alat yang dapat menganalisis sampel dengan keluaran berupa kurva histerisis yang dilengkapi dengan nilai induksi remanensi (Br) dan gaya koersif (Hc) dan eneri produk maksimum (BHmax). Pada saat pengukuran
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian dan Pembahasan
4.1.1 Hasil Mapping Cetakan (Distribusi Kuat Medan Magnet Orientasi) Dari penelitian yang telah dilakukan didapat hasil mapping cetakan (distribusi kuat medan magnet orientasi) seperti Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Data Hasil Mapping Cetakan
Kuat Arus, I (A) Kuat Medan Magnet Orientasi, B (Gauss)
0 0 orientasi dengan kuat arus seperti gambar dibawah ini:
Gambar. 4.1. Mapping Cetakan (Distribusi Kuat Medan Magnet Orientasi)
Dari Gambar 4.1 dapat dilihat bahwa kuat arus 2A, 4A, 6A dan 8A, maka kuat medan magnet yang dihasilkan pada orientasi sebesar 2661,6; 3266,4; 3755,6 dan 4799,8 gauss. Kuat medan magnet orientasi bergantung oleh seberapa banyak lilitan kumparan pada alat orientasi, maka kuat arus tidak mempengaruhi kuat medan magnet orientasi.
4.1.2 Hasil Pengujian Sifat Fisis
Hasil penelitian ini, sampel bonded magnet NdFeB dengan binder polivynil chloride yang telah dimagnetisasi diuji sifat fisisnya. Pengujian sifat fisis yang dilakukan dalam penelitian ini yaitu pengujian densitas, pengujian struktur mikro dan pengujian struktur kristal. Hasil pengujian sifat-sifat fisis yaitu sebagai berikut.
4.1.2.1 Hasil Pengujian Densitas
Pada penelitian ini, pengujian densitas bonded magnet NdFeB dilakukan dengan menggunakan prinsip Archimedes. Pengujian ini dilakukan sebelum dan sesudah curing. Dari hasil pengujian dan perhitungan, dapat dibuat tabel densitas bonded magnet NdFeB dengan masing-masing variasi kuat medan magnet orientasi sebelum dan sesudah curing seperti Tabel 4.2
Tabel 4.2. Data Hasil Pengukuran Densitas Bonded Magnet NdFeB dengan Variasi Kuat Medan Magnet Orientasi Sebelum dan Sesudah Curing
Gambar 4.2 Densitas Sebelum dan Sesudah Curing Bonded Magnet NdFeB
Dari Gambar 4.2 di atas, dapat dilihat bahwa nilai densitas sampel bonded magnet NdFeB sebelum curing lebih tinggi dibandingkan dengan nilai densitas sesudah curing. Hal tersebut di karenakan binder pada sampel bonded magnet NdFeB tidak menguap sehingga menghasilkan nilai densitas yang tinggi pada sampel densitas sebelum curing, sedangkan binder pada sampel bonded magnet NdFeB menguap dan menyebabkan pori sehingga nilai densitasnya turun pada sampel densitas sesudah curing. Nilai densitas terbaik yang didapatkan pada pembuatan bonded magnet NdFeB sebelum curing yaitu pada sampel yang diorientasi dengan kuat medan magnet 3266,4 gauss senilai 6,08 g/cm3, sedangkan densitas terbaik yang didapatkan pada pembuatan bonded magnet NdFeB sesudah curing yaitu pada sampel yang tidak diorientasi senilai 5,69 g/cm3.
4.1.2.2 Hasil Pengujian Struktur Kristal
Dalam penelitian ini, pengujian bonded magnet NdFeb terhadap struktur kristal dilakukan menggunakan XRD. Hasil pengujian struktur kristal bonded magnet NdFeB dapat dilihat pada gambar 4.3.
0 1000 2000 3000 4000 5000
20 30 40 50 60 70 80
Int
ensity
(a
.u.)
Angle 2
Gambar 4.3. Hasil XRD dari (a) Powder NdFeB dan Sampel Bonded NdFeB (b) Isotropi, (c) 2661,6 gauss, (d) 3266,4 gauss, (e) 3755,6 gauss, dan (f) 4799,8 gauss
Dari gambar di atas dapat diketahui bahwa dengan membandingkan pola difraksi dari powder dan sampel bonded NdFeB yaitu tidak terjadi perubahan phase dari powder dan sampel bonded NdFeB. Secara umum, hasil analisa pola XRD menunjukkan bahwa powder dan sampel bonded NdFeB tersusun atas Fe dan Fe2B phase. Disamping itu, dapat dilihat dari gambar di atas bahwa peak intensity
powder lebih tinggi dibandingkan dengan peak intensity sampel bonded NdFeB. Hal ini kemungkinan disebabkan adanya elemen-elemen NdFeB yang telah mengalami oksidasi. Hal tersebut terjadi karena suhu curing yang relatig rendah dan waktu curing yang begitu singkat, oksidasi yang terbentuk sangat tipis, sehingga diffraction peak dari oksidasi tersebut tidak terdeteksi dengan jelas pada hasil X-Ray Analisis.
Fe2B
4.1.2.3 Hasil Pengujian Struktur Mikro
Dalam penelitian ini, pengujian bonded magnet NdFeB terhadap struktur mikro dilakukan menggunakan SEM. Pengujian ini dilakukan dalam bentuk serbuk NdFeB dan bonded magnet NdFeB. Hasil pengujian struktur mikro serbuk NdFeB dapat dilihat pada gambar 4.4.
(a) NdFeB Powder (b) Isotropi (B=0)
(c) Anisotropi (B = 2661,6 G) (d) Anisotropi (B= 3266,4 G)
(d) Anisotropi (B = 3755,6 G) (f) Anisotropi (B= 4799,8 G) Gambar 4.4. Hasil SEM Powder dan Sampel NdFeB
µm. Sedangkan pada Gambar 4.4b, 4.4c, 4.4d, 4.4e dan 4.4f dapat terlihat bahwa terjadi pori-pori pada daerah yang berlubang pada permukaan sampel bonded magnet NdFeB. Gambar 4.4b pada bonded magnet yang tanpa diberi orientasi terlihat bahwa terjadi pori-pori yang sangat kecil, sehingga hal tersebut diakibatkan karena arah spin pada bonded magnet NdFeB tersusun secara acak. Sedangkan pada Gambar 4.4c, 4.4d, 4.4e, dan 4.4f pori-pori mulai membesar pada bonded magnet NdFeB dengan ukuran yang relatif sama dan arah spin tersusun secara beraturan. Hal tersebut disebabkan oleh suhu curing yang sangat rendah dan waktu yang sangat singkat.
4.1.3 Hasil Pengujian Sifat Magnetik
4.1.3.1 Pengujian Kuat Medan Magnet (Fluks Magnetik) Menggunakan Gaussmeter
Hasil pengujian kuat medan magnet menggunakan gaussmeter dapat dilihat pada tabel 4.3.
Gambar 4.5 Kuat Medan Magnet Orientasi dan Fluks Magnet Terhadap Kuat Arus.
Dari hasil yang diperoleh pada Gambar 4.5 terlihat bahwa fluks magnet tertinggi yaitu pada kuat medan magnet orientasi 3266,4 gauss adalah 3216,7 gauss. Kuat medan magnet tersebut terus menurun seiringan dengan penambahan arus saat orientasi pada powder NdFeB. Hal ini disebabkan karena arus saat orientasi yang digunakan sangat random (acak).
4.1.3.2 Pengujian Kuat Medan Magnet (Fluks Magnetik) Menggunakan Permagraph
Gambar 4.8 Kurva Histerisis Sampel Bonded Magnet NdFeB Pada Kuat Medan Magnet Orientasi 3266,4
Gambar 4.9 Kurva Histerisis Sampel Bonded Magnet NdFeB Pada Kuat Medan Magnet Orientasi 3755,6 G
Gambar 4.10 Kurva Histerisis Sampel Bonded Magnet NdFeB Pada Kuat Medan Magnet Orientasi 4799,8 G
Dari gambar kurva histerisis magnet bonded NdFeB dengan variasi kuat medan magnet orientasi, maka didapatkan data hasil pengujian sifat magnet seperti pada Tabel 4.4 dibawah ini.
Dari Tabel 4.4 diatas dapat dilihat bahwa nilai energi produk maksimum (BH)max,
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
KesimpulanDari penelitian tentang Pembuatan Bonded Anisotropi Magnet NdFeB dan Karakterisasinya yang dilakukan, maka dapat disimpulkan sebagai berikut.
1. Telah berhasil dilakukan pembuatan bonded anisotropi magnet NdFeB menggunakan PVC dengan variasi kuat medan magnet saat orientasi 0; 2661,6; 3266,4; 3755,6; dan 4799,8 gauss.
2. Dari hasil pengujian sifat magnet dan sifat fisis pada pembuatan bonded magnet NdFeB bahwa pengaruh kuat medan magnet saat orientasi mempengaruhi sifat magnet, namun tidak mempengaruhi sifat fisis. Sifat magnet terbaik yang didapatkan dari pengujian permagraph maupun menggunakan gaussmeter dengan nilai fluks magnet = 3266,4 gauss; remanensi (Br) = 4,01 kG; koersivitas (Hc) = 10,962 kG; dan energi produk maksimum (BH)max = 3,26 MGOe. Selain itu, sifat fisis terbaik yang dimiliki
oleh bonded magnet NdFeB dengan kuat medan magnet orientasi sebesar 3266,4 gauss dengan nilai densitas sebelum curing 6,08 g/cm3 dan nilai densitas sesudah curing didapatkan dari nilai kuat medan magnet orientasi 4799,8 gauss dengan nilai densitasnya 5,43 g/cm3.
5.2
SaranDari penelitian yang dilakukan, demi menambah kualitas bonded magnet NdFeB, maka peneliti menyarankan sebagai berikut.
1. Mengingat NdFeB rentan terhadap korosi, sebaiknya pada pembuatannya, sampel bonded magnet NdFeB dilakukan proses coating (pelapisan) agar sampel tidak mudah terkorosi.
DAFTAR PUSTAKA
Anwar, Nurul. 2011. Pembuatan Magnet Permanen Nd2Fe14B melalui Metode
Mechanical Alloying. UIN Jakarta 21011. 29-30.
Deswita, Aloma Karo dan sudirma. 2007. Pembuatan dan Karakterisasi Rigid Bonded Magnet Berbasis Logam Tanah Jarang (Nd-Fe-B) berperekat Resin Poliester. Jurnal Sains Materi Indonesia.
Fawaid, Moh. dkk. 2013 Pengaruh Variasi Tekanan Kompaksi Terhadap Karakteristik Komposit Bahan Alternatif kampas Rem Berpenguat Serat Bambu. Cilegon, 8 Oktober 2013.
Fraden, Jacob. 2010. Handbook of Modern Sensors : Physics, Designs and Applications. Fourth Edition. USA. 73-74.
Ginting, Masno. dkk. 2006. Pembuatan Magnet Permanen Isotropic Berbasis Nd-Fe-B dan Karakterisasinya. Teknologi Indonesia. Vol 29.
Groover, P. 2006. Fundamentals of Modern Manufacturing: Material, Processe, and Systems.
Ihsan, M. dkk. 2005. Ketahanan Korosi Bahan Magnet Berbasis Rigid Bonded Magnet. Vol 7 No.1. Oktober 2005. 55-59.
Iwasaki, K. 1989. Nd-Fe-B Anisotropic Bonded Magnet. Springer-Verlag New York Inc. J.Mater. Eng. (1989) 11:209-214.
Manaf, Azwar. Magnet Permanen. 2013. Laporan InSINas 2013-Intensive Course on Magnetism and Magnetic Materials; UI Depok, 2013. HI. 1-12.
Maqnequench. 2009. Introducing Anisotropic Powder MQA. http://www.mqitechnology.com/. [23 Mei 2014, 12.30 WIB].
MQP Product Spesification, http://www.mqitechnology.com/. [14 Maret 2014, 13.35 WIB].
Mujiarto, Iman. 2005. Sifat dan Karakteristik Material Plastik dan Bahan Aditif. Traksi. Volume 3. No.2, Desember 2005. 65: 5.
Nayiroh, Nurun. 2013. Metalurgi Serbuk.
http://blog.uin-malang.ac.id/nurun/files/2013/03/METALURGI SERBUK. [ 13 Juli 2014, 19.30 WIB]
Surdia, Tata. 2005. Pengetahuan Bahan Teknik. Edisi Keenam. Pradnya Paramita. Jakarta. 217-218.
Vlack, Lawrence H. Van. 1984. Elements of Materials Science and Engineering. 5th Edition. Erlangga. Jakarta. 553-554.
Zainuddin, Martha dan Wahyono Suprapto. 2012. Pengaruh Tekanan Hot cting Terhadap Laju Korosi dan Distribusi Kekerasan Bushing Powder Duralumin. Malang.
LAMPIRAN 1
Bahan dan Peralatan Penelitian
1. Bahan
Polivynil Chloride (Powder) NdFeB (Powder)
2. Alat
Moulding (Cetakan) Neraca Digital 4 digit
Magnet-Physic Dr.
Steingroever GmbH Impulse magnetizer K-Series
Shaker Mill Magnetic Field Press
Gaussmeter
Glove Box
XRD (X-Ray Diffaction)
Jangka Sorong Digital SEM
LAMPIRAN 2
LAMPIRAN 3
Lampiran 4
Data Pengujian Bulk Density Menggunakan Prinsip Archimedes
1. Pengujian Bulk Density Sebelum Curing
Kuat medan
2. Pengujian Bulk Density Setelah Curing
LAMPIRAN 5
1. Perhitungan densitas sampel bonded magnet NdFeB sebelum Curing adalah sebagai berikut.
Sampel bonded magnet NdFeB tanpa kuat medan magnet orientasi Diketahui: Massa kering di udara, Mk= 3,7 g
Massa basah dalam air, Mb = 3,087 g
Temperatur air , T = 28oC
Densitas air pada temperatur 28oC, = 0,99623 g.cm-3 Ditanya: Densitas sampel . . . .?
Penyelesaian:
Densitas, =
Sampel bonded magnet NdFeB dengan kuat medan magnet orientasi 2661,6 G
Diketahui: Massa kering di udara, Mk = 3,722 g
Massa basah dalam air, Mb = 3,105 g
Temperatur air , T = 28oC
Densitas air pada temperatur 28oC , = 0,99623 g.cm-3 Ditanya: Densitas sampel . . . .?
Penyelesaian: Densitas, =
Ditanya: Densitas sampel . . . .? Penyelesaian:
Densitas, =
2. Perhitungan densitas sampel bonded magnet NdFeB setelah Curing adalah sebagai berikut.
Densitas air pada temperature 26oC, = 0,99678 g.cm-3 Ditanya: Densitas sampel . . . .?
Penyelesaian:
Densitas, =
