BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Magnet Secara Umum - Pengaruh Temperatur Heat Treatment Dan Holding Time Terhadap Sifat Fisis, Mikrostruktur Dan Sifat Magnet Permanen Bonded NdFeB

Teks penuh

(1)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Magnet Secara Umum

Kata magnet berasal dari Magnesia, nama suatu kota di kawasan Asia. Di kota inilah orang-orang Yunani sekitar tahun 600 SM menemukan sifat magnetik dari mineral magnetik. Secara umum, pengertian magnet adalah kemampuan suatu benda untuk menarik benda-benda lain yang berada disekitarnya.

Magnet dapat dibuat dari bahan besi, baja, dan campuran logam serta telah banyak dimanfaatkan untuk industri otomotif dan lainnya. Sebuah magnet terdiri atas magnet-magnet kecil yang memiliki arah yang sama (tersusun teratur), magnet-magnet kecil ini disebut magnet elementer. Pada logam yang bukan magnet, magnet elementernya mempunyai arah sembarangan (tidak teratur) sehingga efeknya saling meniadakan, yang mengakibatkan tidak adanya kutub-kutub magnet pada ujung logam. Setiap magnet memiliki dua kutub-kutub, yaitu: utara (N) dan selatan (S). Kutub magnet adalah daerah yang berada pada ujung-ujung magnet dengan kekuatan magnet yang paling besar berada pada kutub-kutubnya.

(2)

2.2. Fluks Magnetik

Fluks magnetik adalah jumlah medan magnetik ( garis gaya magnet ) yang dihasilkan sumber magnetik, dilambangkan dengan (phi). Satuan fluks magnetic Weber (Wb). Kerapatan fluks magnet adalah jumlah total fluks yang menembus area yang tegak lurus dengan fluks tersebut, dirumuskan :

B = (2.1)

Dengan :

B = Rapat fluks magnet ( T atau Wb/m2) = Fluks magnet (Wb)

A = Luas Penampang ( m2)

2.2.1. Permeabilitas Magnet

Permeabilitas magnet merupakan konstanta perbandingan antara rapat fluks magnet (B) dengan kuat medan (H) yang dihasilkan magnet. Untuk udara dan bahan non magnet, permeabilitas dnyatakan sebagai permebilitas ruang kosong ( o = 4 x 10-7H/m ), sehingga :

B/H = o (2.2)

Untuk bahan lain maka permeabilitasnya sebanding dengan permeabilitas ruang kosong dikalikan permebilitas relative bahan ( r). sehingga diperoleh :

B/H = o r (2.3)

Permebilitas relatif didefenisikan sebagai :

(3)

Sehingga pada ruang hampa, ߤr = 1 dan ߤr . ߤo = ߤ dinamakan permeabilitas absolute. Dengan konstanta permeabilitas maka karakteristik kemagnetan suatu bahan dapat digambarkan dalam kurva perbandingan B – H.

Gambar 2.1 Kurva Perbandingan B – H dari berbagai bahan

2.2.2. Hukum Ampere

(4)

Gambar 2.2 Hukum Ampere

∮ ⃗. ⃗= (2.5)

Dengan :

I = Arus listrik (ampere)

B = Kerapatan fluks medan magnet (tesla) ∮ ⃗ = Keliling lingkaran (m)

μ0 = Permeabilitas ruang = 4 x 10-7 Tm/A

2.3. Macam-Macam Magnet

Berdasarkan sifat kemagnetannya magnet dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu:

2.3.1. Magnet Permanen

Magnet permanen adalah suatu bahan yang dapat menghasilkan medan magnet yang besarnya tetap tanpa adanya pengaruh dari luar atau disebut magnet alam karena memiliki sifat kemagnetan yang tetap. Magnet permanen dibuat orang dalam berbagai bentuk dan dapat dibedakan menurut jenis bahannya menjadi:

2.3.1.1.Neodymium Magnets

(5)

Nd2Fe14B memiliki struktur kristal yang sangat tinggi uniaksial anisotropi

magnetocrystalline (HA ~ 7 teslas ). Senyawa ini memberikan potensi untuk memiliki tinggi koersivitas (yaitu, ketahanan mengalami kerusakan magnetik).

Sinter Nd2Fe14B cenderung rentan terhadap korosi. Secara khusus, korosi

sekecil apapun dapat menyebabkan kerusakan magnet sinter. Masalah ini dibahas dalam banyak produk komersial dengan menyediakan lapisan pelindung. Pelapisan nikel atau dua pelapisan tembaga berlapis nikel digunakan sebagai metode standar, meskipun pelapisan dengan logam lainnya atau polimer dan lapisan pelindung pernis juga digunakan.

2.3.1.2.Samarium-Cobalt Magnets

Magnet Samarium-Cobalt adalah salah satu dari dua jenis magnet bumi yang langka, merupakan magnet permanen yang kuat yang terbuat dari paduan samarium dan kobalt. Mereka dikembangkan pada awal tahun 1970. Mereka umumnya-terkuat kedua jenis magnet dibuat, kurang kuat dari magnet neodymium , tetapi memiliki peringkat temperatur yang lebih tinggi dan lebih tinggi koersivitas. Mereka rapuh, dan rawan terhadap retak dan chipping. Samarium-kobalt magnet memiliki produk-produk energi maksimum (BH max) yang berkisar dari 16 oersteds megagauss-(MGOe) menjadi 32 MGOe; batas teoretis mereka adalah 34 MGOe. Jenis magnet ini dapat ditemukan di dalam alat-alat elektronik seperti VCD, DVD, VCR Player, Handphone, dan lain-lain.

2.3.1.3.Ceramic Magnets

Ferrites adalah senyawa kimia yang terdiri dari keramik bahan dengan besi (III)

oksida (Fe2O3) sebagai komponen utama. Bahan ini digunakan untuk membuat

(6)

2.3.1.4.Plastic Magnets

Fleksibel (Karet) magnet dibuat dengan mencampur ferit atau bubuk Neodymium

magnet dan pengikat karet sintetis atau alami. Fleksibel (Karet) magnet dibuat

dengan menggulung atau metode ekstrusi. Magnet plastik dibuat karena

keuntungan dari magnet ini fleksibilitas, biaya rendah, dan kemudahan dalam

penggunaan.

Magnet plastik biasanya diproduksi dalam bentuk lembaran strip atau yang

banyak digunakan dalam mikro-motor, gasket dan lain-lain. Ferit bahan fleksibel

berbasis sering dilaminasi dengan vinil dicetak putih atau berwarna.

2.3.1.5.Alnico Magnets

Alinco magnet adalah magnet paduan yang mengandung Alumunium (Al), Nikel

(Ni), Cobalt (Co). Karena dari tiga unsur tersebut magnet ini sering disebut

Alinco. Sebenarnya magnet alinco ini tidak hanya mengandung ketiga unsur saja

melainkan ada beberapa unsur mengandung besi dan tembaga, tetapi kandungan

besi dan tembaga tersebut relative sedikit. Alinco magnet dikembangkan pada

tahun 1930-an dengan metode sintering atau lebih umum disebut metode casting.

Jenis magnet ini dapat ditemukan di dalam alat-alat motor (kipas angin,

speaker, mesin motor). Magnet ini juga sering dijumpai dalam lab sekolahan

bahkan dapat ditemukan pada sepatu kuda yang berfungsi untuk meningkatkan

daya lari kuda. Magnet ini adalah magnet yang masih termasuk kategori berenergi

rendah.

2.3.2. Magnet Tidak Tetap

Magnet tidak tetap (remanen) adalah suatu bahan yang hanya dapat menghasilkan

medan magnet yang bersifat sementara. Medan magnet remanen dihasilkan

dengan cara mengalirkan arus listrik atau digosok-gosokkan dengan magnet alam.

Bila suatu bahan pengantar dialiri arus listrik, besarnya medan magnet yang

(7)

remanen yang digunakan

kumparan yang berinti besi.

kumparan diisi dengan besi

elektromagnet. Keuntungan

dibuat sangat kuat, tergantung

dapat dihilangkan dengan

2.3.3. Magnet Buatan

Magnet buatan meliputi

magnet buatan antara lain

magnet U, magnet ladam dan magnet keping

2.4. Jenis Magnet Permanen

Produk magnet permanen a

magnet permanen isotropi dan magnet permanen anisotropi.

Gambar 2.3 Arah partikel pada m

isotropi memiliki sifat magnet

rendah dibandingkan magnet permanen anis

digunakan dalam praktek kebanyakan dihasilkan oleh arus

berinti besi. Agar medan magnet yang dihasilkan cukup

dengan besi atau bahan sejenis besi dan sistem ini dinamakan

Keuntungan elektromagnet adalah bahwa kemagnetannya

kuat, tergantung dengan arus yang dialirkan dan kemagne

n dengan memutuskan arus listriknya.

permanen ada dua macam berdasarkan teknik pembuatannya yait

n isotropi dan magnet permanen anisotropi.

Arah partikel pada magnet isotropi dan anisoropi (Masno

G,dkk, 2006)

permanen isotropi adalah dimana pada proses pembentuk

partikel-partikelnya masih acak, sedangkan anisotropi

pembentukkannya dilakukan di dalam medan magnet sehingga arah

partikelnya mengarah pada satu arah tertentu seperti ditunjukkan

Untuk membedakan isotropi dan anisotropi. Magnet permanen

sifat magnet atau remanensi magnet yang jauh yang

(8)

2.5. Klasifikasi Material Magnetik

Material magnetik adalah material yang mempunyai sifat magnetik. Sifat

magnetik adalah fenomena suatu bahan menarik atau menolak material lain yang

berada di dekatnya. Berdasarkan nilai suseptibilitas material magnetik dibedakan

menjadi 3 yaitu diamagnetik, paramagnetik, dan ferromagnetik.

2.5.1. Diamagnetik

Bahan diamagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis

masing-masing atom/ molekulya adalah nol, tetapi medan magnet akibat orbit dan spin

elektronnya tidak nol (Halliday & Resnick, 1989). Bahan diamagnetik tidak

mempunyai momen dipol magnet permanen. Jika bahan diamagnetik diberi medan

magnet luar, maka elektron-elektron dalam atom akan mengubah gerakannya

sedemikian rupa sehingga menghasilkan resultan medan magnet atomis yang arahnya

berlawanan dengan medan magnet luar tersebut.

Sifat diamagnetik bahan ditimbulkan oleh gerak orbital elektron. Karena atom

mempunyai elektron orbital, maka semua bahan bersifat diamagnetik. Suatu bahan

dapat bersifat magnet apabila susunan atom dalam bahan tersebut mempunyai spin

elektron yang tidak berpasangan. Dalam bahan diamagnetik hampir semua spin

elektron berpasangan, akibatnya bahan ini tidak menarik garis gaya. Permeabilitas

bahan ini: = dengan suseptibilitas magnetik bahan: Xm > 0. Nilai bahan

diamagnetik mempunyai orde -10-5m3/kg. Contoh bahan diamagnetik yaitu: bismut,

perak, emas, tembaga dan seng.

2.5.2. Paramagnetik

Material paramagnetik mempunyai nilai suseptibilitas positif di mana magnetisasi

M paralel dengan medan luar. Material yang termasuk dalam paramagnetik adalah

logam transisi dan ion logam tanah jarang (rare-earth ions). Ion-ion ini

mempunyai kulit atom yang tidak terisi penuh yang berisi momen magnet

permanen. Momen magnet permanen terjadi karena adanya gerak orbital dan

(9)

medan magnet memiliki salah satu orientasi yaitu searah atau berlawanan arah

dengan medan magnet tergantung dengan arah spin elektron (Smallman, 2000).

Ketika tidak ada medan luar orientasi momen magnet acak, tetapi ketika medan

luar diterapkan maka orientasi momen magnetik sebagian mengarah ke medan

luar.

Gambar 2.4 Orientasi momen magnetik bahan paramagnetik (a) Tanpa adanya medan luar, (b) Dengan adanya medan luar

(Sclater,1999)

Dalam bahan ini hanya sedikit spin elektron yang tidak berpasangan, sehingga

bahan ini sedikit menarik garis-garis gaya. Dalam bahan paramagnetik, medanB

yang dihasilkan akan lebih besar dibanding dengan nilainya dalam hampa udara.

Suseptibilitas magnet dari bahan paramagnetik adalah positif dan berada dalam

rentang 10-5 sampai 10-3 m3/Kg, sedangkan permeabilitasnya adalah μ > μ 0.

Contoh bahan paramagnetik : alumunium, magnesium dan wolfram.

2.5.3. Ferromagnetik

Ferromagnetik adalah fenomena magnetisasi spontan tanpa adanya medan

magnetik pengimbas. Material ferromagnetik mempunyai momen dipol magnet

yang sangat kuat yang berasal dari spin elektron. Pada logam ferromagnetik

terjadi pengarahan spin elektron secara spontan karena adanya interaksi yang kuat

meski tidak diterapkan medan luar. Contoh dari material ferromagnetik adalah

besi, nikel, cobalt. Tanpa adanya medan luar orientasi domain adalah acak

sehingga secara makroskopik jumlah magnetisasinya adalah nol. Domain adalah

daerah dengan momen dipol magnet yang sama. Penerapan medan magnetik

membuat domain dengan orientasi yang diutamakan tumbuh dengan mendesak

(10)

mengalami magnetisasi (Smallman, 2000 ). Struktur domain dalam material

ferromagnetik dapat dilihat pada Gambar 2.10.

Gambar 2.5 Struktur domain dalam material ferromagnetik, tanda panah

menunjukkan arah magnetisasi. (a ) Magnetisasi adalah nol , ( b ) Penerapan

magnetisasi mengubah arahbeberapa domain. ( Christman, 1988 )

Bahan ini juga mempunyai sifat remanensi, artinya bahwa setelah medan magnet

luar dihilangkan, akan tetap memiliki medan magnet, karena itu bahan ini sangat

baik sebagai sumber magnet permanen. Permeabilitas bahan : dengan

suseptibilitas bahan : . Contoh bahan ferromagnetik : besi, baja. Sifat kemagnetan

bahan ferromagnetik akan hilang pada temperatur Currie. Temperatur Currie

untuk besi lemah adalah 770oC dan untuk baja adalah 1043oC.

Gambar skematik kurva B vs H dari paramagnetik, diamagnetik dan

ferromagnetic diperlihatkan pada gambar 2.11.

Gambar 2.6 skematik dari densitas flux B vs Kuat medan H untuk diamagnetik,

(11)

Nilai magnetisasi material magnetik tergantung pada besar medan magnet luar

yang diberikan. Magnetisasi mencapai nilai maksimum jika momen magnetik

atom seluruhnya sudah sejajar. Nilai maksimum ini disebut magnetisasi jenuh

(Ms) (Omar, 1975). Keadaan semua spin elektron terarahkan sepenuhnya hanya

mungkin terjadi pada suhu rendah. Apabila temperatur dinaikkan maka

magnetisasi jenuh berkurang, mula-mula turun perlahan kemudian bertambah

dengan cepat hingga mencapai temperatur kritis yang disebut temperatur Curie

(Tc). Di atas temperatur Curie specimen tidak bersifat ferromagnetik tetapi

berubah menjadi paramagnetik (Smallman, 2000).

Ketika medan magnet diterapkan pada material ferromagnetik maka batas

domain bergerak sehingga menyebabkan domain yang mempunyai magnetik acak

searah dengan medan menjadi lebih besar dan domain yang berlawanan arah

menjadi lebih kecil. Hubungan antara magnetisasi M induksi magnetik B dan

besar medan magnetik H adalah (Christman, 1988):

B = μ ( H+M ) (2.6)

Persamaan di atas dapat ditunjukkan pada Gambar 2.5. Nilai H dan B positif

menggambarkan arah medan searah, sedangkan nilai negatif menunjukkan medan

berlawanan arah.

Gambar 2.5 Kurva histerisis (Christman, 1988)

(12)

Pada kondisi awal magnetisasi adalah nol. Saat medan dinaikkan pada arah positif

B bergerak dari 0→1 →2, sedangkan ketika medan turun B akan bergerak dari 2→3 → 4. Hc adalah medan koersif yaitu gaya koersif yang harus diterapkan pada arah berlawanan untuk membawa B menjadi nol dan Br adalah magnetisasi

residual yaitu nilai B saat H nol. Berdasarkan sifat magnetisasinya material

magnetik dibedakan menjadi 2 :

1. Magnet lunak (soft magnetic material) yaitu material yang sifat magnetnya

sementara. Material soft magnetik mudah mengalami magnetisasi dan

demagnetisasi. Bentuk kurva hysterisis material soft magnetik pipih

karena energi yang hilang saat proses magnetisasi rendah sehingga

koersifitasnya kecil.

2. Magnet keras (hard magnetic material) yaitu material yang sifat

magnetnya permanen. Bentuk kurvanya cembung karena energi yang

hilang pada saat magnetisasi tinggi.

Gambar 2.8 histeris material magnet (a) Material magnet lunak, (b) Material

Magnet keras

Diagram histeresis diatas menunjukkan kurva histeresis untuk material

magnetic lunak pada gambar (a) dan material magnetic keras pada gambar (b). H

adalah medan magnetik yang diperlukan untuk menginduksi medan berkekuatan B

dalam material. Setelah medan H ditiadakan, dalam specimen tersisa magnetisme

(13)

disebut gaya koersif, yang harus diterapkan dalam arah berlawanan untuk

meniadakannya. Magnet lunak mudah dimagnetisasi serta mudah pula mengalami

demagnetisasi, seperti tampak pada Gambar 2.12 Nilai H yang rendah sudah

memadai untuk menginduksi medan B yang kuat dalam logam, dan diperlukan

medan Hc yang kecil untuk menghilangkannya. Magnet keras adalah material

yang sulit dimagnetisasi dan sulit di demagnetisasi.

Karena hasil kali medan magnet (A/m) dan induksi (V.det/m2) merupakan

energi per satuan volume, luas daerah hasil integrasi di dalam loop histerisis

adalah sama dengan energi yang diperlukan untuk satu siklus magnetisasi mulai

dari 0 sampai +H hingga –H sampai 0. energi yang dibutuhkan magnet lunak

dapat diabaikan; medan magnet keras memerlukan energi lebih banyak sehingga

pada kondisi-ruang, demagnetisasi dapat diabaikan. Dikatakan, magnetisasi

permanen.

2.6. Perkembangan Magnet

Pada awalnya magnet terbuat dari baja keras dan berbagai alloy misal ALNICO

dari paduan logam Al dan Ni, kemudian berkembang menjadi terbuat dari

keramik atau ferit dari oksida-oksida logam misalnya feroxdure SrFe12O19 dan

Barium Ferrrite BrFe12O19, magnet-magnet ini relatif memiliki energi produk

yang rendah. Magnet NdFeB adalah material magnet permanen generasi ketiga

yang terbuat dari tanah jarang memiliki energi produk yang besar, sudah menjadi

bagian yang penting dalam kehidupan sehari-hari manusia.

Magnet NdFeB ini banyak diaplikasikan pada berbagai peralatan seperti

motor listrik, speaker, CD player, oven microwave. Aplikasi lain dari komponen

magnet juga banyak dijumpai pada peralatan intrumentasi, peralatan produksi dan

pada laboratorium penelitian. Akan tetapi kontribusi magnet sering diabaikan

karena komponen ini sudah tertanam di dalam suatu perangkat dan tidak terlihat.

Pada kenyataannya kebutuhan akan komponen ini menjadi sangat beragam

(14)

akan komponen magnet dibedakan berdasarkan bentuk, dimensi dan kuat

medannya. NdFeB dikenal sebagai magnet tanah jarang karena komposisi

materialnya tersusun dari unsur-unsur tanah jarang. NdFeB memiliki sifat korosif

dan energi produk yang maksimum (Tony K dkk,2013).

Di Indonesia, energi baru dan terbaru juga menjadi prioritas bidang energi

untuk menggantikan energi yang berasal dari bahan fosil seperti BBM dan

batubara. Pembangkit Listrik Tenaga Angin (PLTAg) menjadi salah satu bidang

energi yang sedang dikembangkan terutama di Indonesia bagian timur sebagai

lumbung angin di Indonesia. Dalam sebuah sistem pembangkit listrik, generator

merupakan salah satu komponen utama dimana sistem kerjanya tergantung kepada

magnet permanen. Fungsi magnet pada generator adalah untuk mengubah energi

mekanik menjadi energi listrik. Magnet adalah sumber energi lain yang sering

dilupakan orang, padahal energi yang dihasilkan cukup tinggi dan tanpa efek

pencemaran lingkungan. Sampai saat ini, kebutuhan magnet selalu diimport dari

manca negara untuk berbagai kebutuhan komponen elektronik salah satunya

generator.(Nanang dan Toni , 2013)

Karakteristik magnet permanen yang paling tinggi saat ini adalah

Neodymium Iron Boron (NdFeB), yang memiliki nilai produk energi maksimum

sampai dengan 400 kJm3. Sedangkan NdFeB bonded memiliki nilai produk

energy mak-simum sampai dengan 200 kJm3

2.7. Neodymium Iron Boron( Nd2Fe14B)

Pada tahun 1980 ditemukan magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB) dengan

kekuatan yang tinggi, dan mulai dikomersilkan sejak November 1984. NdFeB

adalah material magnetik jenis permanen rare earth (tanah jarang), karena

terbentuk oleh 2 atom dari suatu unsur tanah jarang neodymium (Nd), 14 atom

besi (Fe) dan 1 atom boron (B), sehingga rumus molekul yang terbentuk adalah

(15)

Karakteristik magnet yang dimiliki NdFeB lebih baik bila dibandingkan

dengan magnet permanen lainnya, seperti Ferit, Alnico dan Samarium Cobalt.

BHmax yang dimiliki dapat berkisar antara 30 MGOe sampai dengan 52 MGOe.

Karena memiliki karakteristik magnet yang tinggi, maka dalam aplikasinya

magnet NdFeB memiliki dimensi dan volume yang kecil. Dalam beberapa

aplikasi, magnet ini juga dapat menggantikan penggunaan magnet Samarium

Cobalt, khususnya penggunaan pada suhu kurang dari 80 oC. (Irasari & Idayanti,

2007).

Beberapa bahan magnet permanen dengan sifat karakteristik diperlihatkan

pada Tabel 2.1 berikut :

Tabel 2.1 Perbandingan karakteristik magnet permanen

Induksi Koersifitas Energi produk Material Remanen (Hc) (BHmax)

(Br) (Tesla) (MA/m) (kJ/m3)

Sr Ferit 0,43 0,20 34

Alnico 5 1,27 0,05 44

Alnico 9 1,05 0,12 84

SmCo5 0,95 1,30 176

Sm2Co17 1,05 1,30 208

Nd2Fe14B 1,36 1,03 350

Neodymium Iron Boron (Nd2Fe14B) merupakan bahan magnet permanen

yang memiliki medan anisotropi dan energi produk yang sangat tinggi. Susunan

atom-atom Nd2Fe14B berbentuk struktur ferromagnetik tetragonal diperlihatkan

(16)

Gambar 2.9 Struktur kristal Nd2Fe14B (Novriati & Dedi, 2006)

Struktur Kristal Nd2Fe14B tetragonal memiliki anisotropi sangat tinggi

magnetokristallin uniaksial (HA ~ 7 teslas). Senyawa ini memberikan potensi

untuk memiliki koersivitas tinggi (yaitu, perlawanan menjadi demagnetized).

Senyawa ini juga memiliki magnetisasi saturasi tinggi (JS ~ 1,6 T atau 16 kg).

Dalam prakteknya, sifat magnetik dari magnet neodymium bergantung pada

komposisi paduan, struktur mikro, dan teknik manufaktur yang digunakan. Sel

satuan NdFeB memiliki struktur kristal tetragonal yang kompleks. Terdiri 68

atom. Ada 6 atom besi pada sisi yang berbeda, 2 atom Nd dan B bersama dengan

4 atom Fe akan membentuk jaringan heksagonal. Setiap atom boron menempati

tengah prisma tetragonal, yang dibentuk oleh 3 atom oksigen diatas dan dibawah

bidang. Pada setiap lapisan bidang Fe pada atas dan bawah bidang terdapat Nd

dan B yang dapat menstabilkan struktur ini. (Idayanti & Dedi, 2006)

Berdasarkan keunggulan dari bahan ini, maka bahan ini menjadi pioneer

untuk diaplikasikan pada peralatan elektronik, motor listrik/generator, sensor,

industri otomotif, industri petrokimia dan produk peralatan kesehatan. Namun

magnet permanen berbasis logam tanah jarang (rare earth) ini juga memiliki

beberapa kekurangan, yaitu suhu curierelatif rendah sekitar 200-300 oC, sehingga

sulit untuk diaplikasikan pada suhu tinggi. Bahan ini juga memiliki ketahanan

korosi yang relatif rendah sehingga dalam aplikasinya diperlukan surface

(17)

NdFeB magnet memiliki produk energi tertinggi dari setiap bahan magnet

permanen yang pernah dikembangkan, tetapi peka terhadap suhu dan korosif

lingkungan kerja. Magnet NdFeB juga tergantung pada suhu dan komposisi

lingkungan, serangan terhadap magnet mungkin terjadi oleh oksidasi langsung di

udara atau melalui elektrolit berair. Secara umum, tingkat oksidasi di udara rendah

pada suhu di bawah 150 ° C. Modifikasi dalam komposisi paduan, dengan

mengganti beberapa besi dengan kobalt atau vanadium, memiliki efek positif pada

ketahanan korosi. Dalam penggunaanya selalu dilakukan pelapisan dengan nikel,

tembaga dan seng. (Cygan & McNallan, 1994)

Gambar 2.10 Magnet Hasil Coating/Pelapisan

Sifat fisik magnet NdFeB adalah dapat kita lihat seperti tabel berikut ini :

Tabel 2.2 Sifat Fisik Magnet NdFeB (Novriati & Dedi, 2006)

Specified SI

Curie Temperature 310 – 370 oC

Maksimum Operating Temperature 80 – 200 oC

Resistivity 160 ߤohm.cm

Hardness 560 – 580 Hv

Density 7,40 g/cm3

(18)

Saturation field Strength 30 – 40 kOe

Temperature Coefficient of Br -0,12 ~ - 10 %/ oC

Temperature Coefficient of iHc -0,6 %/ oC

2.8. Pembuatan Magnet

Pada saat ini, magnet NdFeB (Neodymium Ferum Boron) jenis permanen logam

tanah jarang (rare earth) dikenal sebagai magnet yang memiliki kekuatan tinggi.

Umumnya pembuatan magnet ini dilakukan dengan teknik sintering dan teknik

compression bonded.

2.8.1. SinteredMagnet

Sintering adalah salah satu tahapan metodologi yang sangat penting dalam ilmu

bahan, terutama untuk bahan keramik. Selama sintering terdapat dua fenomena

utama yaitu : pertama adalah penyusutan (shrinkage) yaitu proses eliminasi

porositas dan yang kedua adalah pertumbuhan butiran. Fenomena yang pertama

dominan selama pemadatan belum mencapai kejenuhan, sedang kedua akan

dominan setelah pemadatan mencapai kejenuhan. Parameter sintering diantaranya

adalah : temperatur, waktu penahanan, kecepatan pendinginan, kecepatan

pemanasan dan atmosfir.

(19)

Sintering biasanya digunakan pada sampel pada temperatur tinggi. Dalam

terminologi teknik istilah sintering digunakan untuk menyatakan fenomena yang

terjadi pada produk bahan, padat dibuat dari bubuk, baik logam / non logam.

Sebuah kumpulan partikel dengan ukuran yang tepat (biasanya diameter beberapa

mikro atau lebih kecil) dipanaskan sampai suhu antara ½ dan ¾ titik leleh, ini

dalam orde menit selama perlakuan ini partikel-partikel tergabung bersama-sama.

Dari segi cairan, sintering dapat menjadi dua yaitu : sintering fasa padat

dan sintering fasa cair. Sintering dengan fasa padat adalah sintering yang

dilaksanakan pada suatu temperatur yang telah ditentukan, dimana dalam bahan

semuanya tetap dalam fasa padat. Proses penghilagan porositas dilakukan melalui

transport massa. Jika dua partikel digabung dan dipanaskan pada suhu tertentu,

dua partikel ini akan berikatan bersama-sama dan akan membentuk neck.

Pertumbuhan disebabkan oleh transport yang meliputi evaporasi, kondensasi,

difusi.

Setelah dilakukan proses sintering terhadap sample yang sebelumnya telah

dilakukan proses kompaksi maka ikatan antar serbuk akan semakin kuat.

Meningkatnya ikatan setelah proses sintering ini disebabkan timbulnya liquid

bridge (necking) sehingga porositas berkurang dan bahan menjadi lebih kompak.

Dalam hal ini ukuran serbuk juga berpengaruh terhadap kompaktibilitas bahan,

semakin kecil ukuran serbuk maka porositas kecil dan luas kontak permukaan

antar butir semakin luas.

2.8.2. BondedMagnet

Proses pembuatan bonded magnet dilakukan dengan mencampurkan serbuk

magnet permanen dengan binder. Binder yang banyak digunakan adalah berupa

polimer, seperti epoxy resin. Kelebihan proses bondedini adalah mudah dibentuk,

dan menggunakan suhu rendah dalam prosesnya.

(20)

Magnet bonded NdFeB adalah magnet yang dibuat dengan cara mencampurkan

bahan serbuk magnet permanen dengan polimer sebagai pengikatnya. Metode

pencampuran dengan bahan polimer terbagi 2 yaitu, menggunakan bahan polimer

cair dan serbuk (Idayanti,dkk, 2007). Pencampuran bahan magnetik Nd-Fe-B

dengan bahan polimer sebagai media perekat untuk menghasilkan magnet

permanen berperekat atau bonded permanent magnetsyang memiliki aplikasi luas

pada berbagai produk teknologi.

Selain itu bahan polimer berperekat juga akan menghasilkan kekuatan

magnet yang lebih baik dan tahan terhadap tekanan. Salah satu sifat superior dari

magnet Nd-Fe-B berperekat dibandingkan dengan magnet permanen yang lain

adalah fisiknya yang dapat dengan mudah dibentuk dan mampu beradaptasi

dengan bentuk-bentuk yang rumit serta bahan utamanya adalah besi (Fe) murah

dan berlimpah. Dengan perkataan lain, magnet Nd-Fe-B berperekat sanggup

memenuhi baik "cost effective" dalam proses fabrikasi maupun "volume

effective" dalam produk teknologi.

Namun sifat kemagnetan magnet permanen berperekat umumnya lebih

rendah dibandingkan dengan sifat kemagnetan bahan magnet permanen itu sendiri

oleh karena adanya penambahan bahan non-magnetik sebagai perekat pada

magnet. Makin besar jumlah bahan non-magnetik untuk setiap satuan volume

magnet berperekat makin besar pula penurunan sifat kemagnetan tersebut.

Penurunan sifat kemagnetan itu tidak saja ditentukan oleh jumlah bahan magnetik

pada magnet tetapi faktor preparasi magnet berperekat ikut menentukan sifat

kemagnetannya. (Manaf & Nugroho)

2.8.2.2.Proses Kompaksi

Penekanan adalah salah satu cara untuk memadatkan serbuk menjadi bentuk yang

diinginkan. Terdapat beberapa metode penekanan, diantaranya, penekanan dingin

(21)

serbuk dilakukan agar serbuk dapat menempel satu dengan lainnya sebelum

ditingkatkan ikatannya dengan proses sintering. Dalam proses pembuatan suatu

paduan dengan metode metalurgi serbuk, terikatnya serbuk sebagai akibat adanya

interlocking antar permukaan, interaksi adesi-kohesi, dan difusi antar permukaan.

Gambar 2.12 Magnet bondedNdFeB (Tony & Nanang, 2013)

2.8.2.3.Heat Treatment

Heat treatnent adalah proses pemanasan dan pendinginan material yang terkontrol

dengan maksud merubah sifat fisik dari material tersebut. Proses Heat Treatment

akan menyebabkan perubahan struktur-struktur suatu material yang mulanya

masih mengumpul menjadi terurai sehingga menjadi lebih keras, ulet dan tangguh.

Secara umum proses Heat Treatmentadalah sebagai berikut:

1. Pemanasan material sampai suhu tertentu,

2. Mempertahankan suhu untuk waktu tertentu (holding time) sehingga

temperaturnya merata,

3. Pendinginan dengan metode media pendingin (air, oli atau udara).

2.9. Karakterisasi

(22)

Densitas merupakan ukuran kepadatan dari suatu material atau sering

didefinisikan sebagai perbandingan antara massa (m) dengan volume (v) dalam

hubungannya dapat dituliskan sebagai berikut (M M. Ristic, 1979):

= (2.7)

Dimana:

ρ = Densitas (gram/cm3) m = Massa sampel (gram)

v = Volume sampel (cm3)

Dalam pelaksanaannya kadang-kadang sampel yang diukur mempunyai ukuran

bentuk yang tidak teratur sehingga untuk menentukan volumenya menjadi sulit,

akibatnya nilai kerapatan yang diperoleh tidak akurat. Untuk menentukan rapat

massa (bulk density) dari suatu bahan mengacu pada standar (ASTM C 373). Oleh

karena itu untuk menghitung nilai densitas suatu material yang memiliki bentuk

yang tidak teratur (bulk density) digunakan metode Archimedes yang

persamaannya sebagai berikut:

Densitas =

( )

(2.8)

Dimana:

Mkw = massa kawat penggantung sampel (gram)

Mb = massa sampel setelah direbus dalam air selama 3-5 jam (gram).

Mg = massa sampel digantung dalam air (gram).

Mk = massa sampel kering setelah dilakukan pengeringan dalam oven

dengan suhu 100oC selama 1 jam, hal ini dilakukan sampai

(23)

2.9.2. Analisa Mikrostruktur Dengan Menggunakan SEM

SEM merupakan suatu mikroskop elektron yang mampu untuk menghasilkan

gambar beresolusi tinggi dari sebuah permukaan sampel. Gambar yang dihasilkan

oleh SEM memiliki karakteristik penampilan tiga dimensi, dan dapat digunakan

untuk menentukan struktur permukaan dari sampel. Hasil gambar dari SEM hanya

ditampilkan dalam warna hitam putih. SEM menerapkan prinsip difraksi elektron,

dimana pengukurannya sama seperti mikroskop optik. Prinsipnya adalah elektron

yang ditembakkan akan dibelokkan oleh lensa elektromagnetik dalam SEM. SEM

menggunakan suatu sumber elektron berupa pemicu elektron (electrongun)

sebagai pengganti sumber cahaya.

Elektron-elektron ini akan diemisikan secara termionik (emisi elektron

dengan membutuhkan kalor, sehingga dilakukan pada temperatur yang tinggi) dari

sumber elektron. Elektron-elektron yang dihasilkan adalah elektron berenergi

tinggi, yang biasanya memiliki energy berkisar 20 keV-200 keV atau sampai 1

MeV. Dalam prinsip pengukuran ini dikenal dua jenis elektron, yaitu elektron

primer dan elektron sekunder. Elektron primer adalah elektron berenergi tinggi

yang dipancarkan dari katoda (Pt, Ni, W) yang dipanaskan. Katoda yang biasa

digunakan adalah tungsten (W) atau lanthanum hexaboride (LaB6). Tungsten

digunakan karena memiliki titik lebur yang paling tinggi dan tekanan uap yang

paling rendah, sehingga memungkinkannya dipanaskan pada temperatur tinggi

untuk emisi elektron. Elektron sekunder adalah elektron berenergi rendah, yang

dibebaskan oleh atom pada permukaan. Atom akan membebaskan elektron

sekunder setelah ditembakkan oleh elektron primer Elektron sekunder inilah yang

akan ditangkap oleh detektor, dan mengubah sinyal tersebut menjadi suatu sinyal

(24)

Gambar 2.13 Skema Prinsip Kerja SEM (www.ammrf.org.au)

Proses pemindaian (scanning process) SEM secara singkat dapat

dijelaskan sebagai berikut. Sinar elektron, yang biasanya memiliki energi berkisar

dari beberapa ribu eV hingga 50 kV, difokuskan oleh satu atau dua lensa

condenser menjadi sebuah sinar dengan spot focal yang sangat baik berukuran 1

nm hingga 5 μm. Sinar tersebut melewatibeberapa pasang gulungan pemindai

(scanning coils) di dalam lensa obyektif, yang akan membelokkan sinar itu

dengan gaya raster di atas area berbentuk persegi dari permukaan sampel. Selagi

elektron-elektron primer mengenai permukaan, mereka dipancarkan secara

inelastis oleh atom-atom di dalam sampel. Melalui kejadian penghamburan ini,

sinar elektron primer menyebar secara efektif dan mengisi volume berbentuk air

mata, yang dikenal sebagai volume interaksi, memanjang dari kurang dari 100 nm

hingga sekitar 5 nm ke permukaan. Interaksi di dalam wilayah ini mengakibatkan

terjadinya emisi elektron sekunder, yang kemudian dideteksi untuk menghasilkan

sebuah gambar.

Elektron-elektron sekunder akan ditangkap oleh detektor, dan mengubah

sinyal tersebut menjadi suatu sinyal gambar. Kekuatan cahaya tergantung pada

jumlah elektron-elektron sekunder yang mencapai detektor. Bagian terpenting dari

SEM adalah apa yang disebut sebagai kolom electron (elektron column) yang

(25)

1. Pembangkit elektron (elektron gun) dengan filamen sebagai pengemisi

elektron atau disebut juga sumber iluminasi.

2. Sebuah system lensa electromagnet yang dapat dimuati untuk dapat

memfokuskan atau mereduksi berkas elektron yang dihasilkan filamen ke

diameter yang sangat kecil.

3. Sebuah sistem perambah (scan) untuk menggerakan berkas electron

terfokus tadi pada permukaan spesimen.

4. Satu atau lebih system deteksi untuk mengumpulkan hasil interaksi

antaramberkas elektron dengan spesimen dan merubahnya ke signal listrik.

5. Sebuah konektor ke pompa vakum.

Untuk SEM, signal yang sangat penting adalah electron sekunder dan

electron terpantul karena kedua signal ini bervariasi sebagai akibat dari perbedaan

topografi permukaan manakala berkas electron tersebut menyapu permukaan

sampel. Emisi elektron sekunder terkungkung pada volume di sekitar permukaan

di mana berkas elektron menumbuk, sehingga memberikan bayangan dengan

resolusi yang relatif tinggi.

2.9.3. Analisa Struktur Kristal Dengan Difraksi Sinar-X

X-Ray Diffractometer adalah alat yang dapat memberikan data-data difraksi dan

kuantitas intensitas difraksi pada sudut-sudut difraksi (2θ) dari suatu bahan.

Tujuan dilakukannya pengujian analisis struktur kristal adalah untuk mengetahui

perubahan fase struktur bahan dan mengetahui fase-fase apa saja yang terbentuk

selama proses pembuatan sampel uji. Tahap pertama yang dilakukan dalam

analisa sinar-X adalah melakukan analisa pemeriksaan terhadap sampel x yang

belum diketahui strukturya. Sampel ditempatkan pada titik focus hamburan

sinar-X yaitu tepat ditengah-tengah plate yang digunakan sebagai tempat yaitu sebuah

plat tipis yang berlubang ditengah berukuran sesuai dengan sampel (pellet)

(26)

Prinsip dasar dari XRD adalah hamburan elektron yang mengenai

permukaan kristal. Bila sinar dilewatkan ke permukaan kristal, sebagian sinar

tersebut akan terhamburkan dan sebagian lagi akan diteruskan ke lapisan

berikutnya. Sinar yang dihamburkan akan berinterferensi secara konstruktif

(menguatkan) dan destruktif (melemahkan). Hamburan sinar yang berinterferensi

inilah yang digunakan untuk analisis.Difraksi sinar X hanya akan terjadi pada

sudut tertentu sehingga suatu zat akan mempunyai pola difraksi tertentu.

Pengukuran kristalinitas relatif dapat dilakukan dengan membandingkan jumlah

tinggi puncak pada sudut-sudut tertentu dengan jumlah tinggi puncak pada sampel

standar.

Di dalam kisi kristal, tempat kedudukan sederetan ion atau atom disebut

bidang kristal. Bidang kristal ini berfungsi sebagai cermin untuk merefleksikan

sinar –X yang datang. Posisi dan arah dari bidang kristal ini disebut indeks miller.

Setiap kristal memiliki bidang kristal dengan posisi dan arah yang khas, sehingga

jika disinari dengan sinar –X pada analisis XRD akan memberikan difraktogram

yang khas pula. Dari data XRD yang diperoleh, dilakukan identifikasi

puncakpuncak grafik XRD dengan cara mencocokkan puncak yang ada pada

grafik tersebut dengan database ICDD. Setelah itu, dilakukan refinement pada

data XRD dengan menggunakan metode Analisis Rietveld yang terdapat pada

program RIETAN (Rietan hanya salah satu tool saja dan ada tool-tool yang lain).

Melalui refinement tersebut, fase beserta sruktur, space group, dan parameter kisi

yang ada pada sampel yang diketahui.

2.9.4. Analisa Partikel Dengan PSA ( Partikel Size Analizer)

Ada beberapa cara yang bisa digunakan untuk mengetahui ukuran suatu partikel

yaitu:

1. Metode ayakan (Sieve analyses)

2. Laser Diffraction (LAS)

3. Metode sedimentasi

(27)

5. Analisa gambar (mikrografi)

6. Metode kromatografi

7. Ukuran aerosol submikron dan perhitungan

Sieve analyses (analisis ayakan) dalam dunia farmasi sering kali digunakan

dalam bidang mikromeritik. Yaitu ilmu (bagaimana konektifitas antara kalimat

sebelum dan sesudah) yang mempelajari tentang ilmu dan teknologi partikel kecil.

Metode yang paling umum digunakan adalah analisa gambar (mikrografi).

Metode ini meliputi metode mikroskopi dan metode holografi. Seiring dengan

berkembangnya ilmu pengetahuan yang lebih mengarah ke era nanoteknologi,

para peneliti mulai menggunakan Laser Diffraction (LAS). Metode ini dinilai

lebih akurat untuk bila dibandingkan dengan metode analisa gambar maupun

metode ayakan (sieve analyses), terutama untuk sample-sampel dalam orde

nanometer maupun submicron.

2.9.5. VSM (Vibrating Sample Magnetometer)

Vibrating Sample Magnetometer (VSM) merupakan salah satu jenis peralatan

yang digunakan untuk mempelajari sifat magnetik bahan. Dengan alat ini akan

dapat diperoleh informasi mengenai besaran-besaran sifat magnetik sebagai akibat

perubahan medan magnet luar yang digambarkan dalam kurva histeresis, sifat

magnetik bahan sebagai akibat perubahan suhu, dan sifat-sifat magnetik sebagai

fungsi sudut pengukuran atau kondisi anisotropik bahan.

Salah satu keistimewaan VSM adalah merupakan vibrator elektrodinamik

yang dikontrol menggunakan arus balik. Sampel dimagnetisasi dengan medan

magnet homogen. Jika sampel bersifat magnetik, maka medan magnet akan

memagnetisasi sampel dengan meluruskan domain magnet. Momen dipol magnet

sampel akan menciptakan medan magnet di sekitar sampel, yang biasa disebut

magnetic stray field. Ketika sampel bergetar, magnetic stray fielddapat ditangkap

oleh coil. Medan magnet tersebar tersebut akan menginduksi medan listrik dalam

(28)

magnetik, maka akan menginduksi arus yang makin besar.

Dengan mengukur arus sebagai fungsi medan magnet luar, suhu maupun

orientasi sampel, berbagai sifat magnetik bahan dapat dipelajari. Dalam penelitian

ini, nilai magnetisasi diukur selain untuk mengetahui kemampuan magnetik

nanosfer yang dihasilkan juga untuk mendapatkan informasi komposisi nanosfer.

Karakterisasi Sifat Magnetik dengan VSM. Data yang diperoleh dari karakterisasi

sifat magnet berupa kurva histeresis dengan sumbu x merupakan medan magnet

yang menginduksi sampel dalam satuan Tesla dan sumbu y merupakan

Figur

Gambar 2.1 Kurva Perbandingan B – H dari berbagai bahan

Gambar 2.1

Kurva Perbandingan B – H dari berbagai bahan p.3
Gambar 2.2 Hukum Ampere

Gambar 2.2

Hukum Ampere p.4
Gambar 2.3 Arah partikel pada mArah partikel pada magnet isotropi dan anisoropi (Masno sotropi dan anisoropi (Masno

Gambar 2.3

Arah partikel pada mArah partikel pada magnet isotropi dan anisoropi (Masno sotropi dan anisoropi (Masno p.7
Gambar 2.4 Orientasi momen magnetik bahan paramagnetik

Gambar 2.4

Orientasi momen magnetik bahan paramagnetik p.9
Gambar skematik kurva B vs H dari paramagnetik, diamagnetik dan

Gambar skematik

kurva B vs H dari paramagnetik, diamagnetik dan p.10
Gambar 2.5 Struktur domain dalam material ferromagnetik, tanda panah

Gambar 2.5

Struktur domain dalam material ferromagnetik, tanda panah p.10
Gambar 2.5 Kurva histerisis (Christman, 1988)

Gambar 2.5

Kurva histerisis (Christman, 1988) p.11
Gambar 2.8 histeris material magnet (a) Material magnet lunak, (b) Material

Gambar 2.8

histeris material magnet (a) Material magnet lunak, (b) Material p.12
Tabel 2.1 Perbandingan karakteristik magnet permanen

Tabel 2.1

Perbandingan karakteristik magnet permanen p.15
Gambar 2.9 Struktur kristal Nd2Fe14B (Novriati & Dedi, 2006)

Gambar 2.9

Struktur kristal Nd2Fe14B (Novriati & Dedi, 2006) p.16
Gambar 2.10 Magnet Hasil Coating/Pelapisan

Gambar 2.10

Magnet Hasil Coating/Pelapisan p.17
Gambar 2.11 Magnet Hasil Sintered

Gambar 2.11

Magnet Hasil Sintered p.18
Gambar 2.12 Magnet bonded NdFeB (Tony & Nanang, 2013)

Gambar 2.12

Magnet bonded NdFeB (Tony & Nanang, 2013) p.21
gambar.
gambar. p.23

Referensi

Memperbarui...