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. 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 :
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
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
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
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
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
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
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
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,
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)
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
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
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
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
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
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
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.
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.
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
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
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
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
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
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)
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
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
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
