PEMBUATAN MAGNET PERMANEN NdFeB/FeMn
DENGAN METODE
MECHANICAL ALLOYING
SKRIPSI
ADE STEFANI PURBA
130801089
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PEMBUATAN MAGNET PERMANEN NdFeB/FeMn
DENGAN METODE
MECHANICAL ALLOYING
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
ADE STEFANI PURBA
130801089
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
PERSETUJUAN
Judul : Pembuatan Magnet Permanen NdFeB/FeMn
Dengan Metode Mechanical Alloying
Kategori : Skripsi
Nama : Ade Stefani Purba
Nomor Induk Mahasiswa : 130801089
Program studi : Sarjana (S1) Fisika
Departemen : Fisika
Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Disetujui di Medan, Juli 2017
Disetujui Oleh:
Pembimbing 1, Pembimbing 2,
Candra Kurniawan, M.Si Drs. Aditia Warman, M.Si NIP. 19881003201012003 NIP. 195705031983031003
Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,
PERNYATAAN
PEMBUATAN MAGNET PERMANEN NdFeB/FeMn
DENGAN METODE
MECHANICAL ALLOYING
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2017
ADE STEFANI PURBA
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus, karena berkat dan pertolongan-Nya, penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini. Skripsi dengan judul: “Pembuatan Magnet Permanen NdFeB/FeMn Dengan Metode Mechanical Alloying” disusun sebagai syarat akademis dalam menyelesaikan studi program sarjana (S1) Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara, Medan.
Penulis menyadari bahwa selama proses penulisan hingga terselesaikannya penyusunan skripsi ini banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada kedua orang tua penulis tercinta Ibunda Suryati Nainggolan, S.Pd dan Ibunda Hermina Hutabarat yang dengan penuh kasih sayang telah memberikan nasehat, motivasi, doa dan dorongan materi maupun moril kepada penulis. Juga kepada kakanda tersayang Rina Pandu Winata Purba, AmKeb , Sihol Marito Purba, dan Abangda Boido Ellonsius Purba, S.P yang terus menyemangati dan mendoakan penulis hingga terselesainya penulisan skripsi ini.
Terimakasih kepada Bapak Dr. Kerista Sebayang, M.S selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara, Medan. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S selaku ketua Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas sumatera Utara, Medan. Bapak Drs. Aditia Warman, M.Si dan Bapak Candra Kurniawan, M.Si selaku dosen pembimbing, kepada Pak Pardamean Sebayang, Pak Muljadi , Pak Arief Eko, Ibu Omi, Ibu Ani, Pak Wahyu, Pak Amat, Pak Lukman, Mas Yunus, Mbak Dita, Mbak Anisah, dan Mbak Nur serta kepada seluruh staf dan pegawai PPF LIPI yang telah membantu penulis dalam penggunaan alat laboratorium dan memberikan kenangan yang tak terlupakan selama penelitian di PPF LIPI.
Kepada Sahabat “Physics Glory” (Ruth, Mona, Rifandi, Erianto, Zul Imri, Emmy). Kakanda Nadia Chrisayu Natasha Saragih, S.Si yang telah memberi bimbingan, semangat dan doa untuk penulis menyiapkan skripsi ini. Sahabat terbaik (Junita Marpaung, S.E , Nesa Nababan,S.Pd , Gabriella Uli, S.Pd , B.Sc) teman bimbingan dari SMA yang masih menjalin komunikasi dengan baik dan mendoakan penulis dan Almas Agustin (UIN Malang) yang telah memberi waktunya kepada penulis. Zay (Arman) tempat berbagi suka dan duka, yang selalu mendoakan penulis dan memberi semangat layaknya sahabat, saudara dan juga kekasih.
Tak lupa juga sahabat-sahabat berbagi cerita di Pertanian Universitas Methodist Indonesia yang mendukung dan memberi semangat , dan juga Abangda Hebron S. Sidabutar (ex) , Lenny , Januardi ( tempat berbagi cerita selama penulisan skripsi )
Serta semua pihak yang telah membantuku dalam penyelesaian skripsi ini.
Medan, 2017
ADE STEFANI PURBA
PEMBUATAN MAGNET PERMANEN NdFeB/FeMn
DENGAN METODE
MECHANICAL ALLOYING
ABSTRAK
Pembuatan serbuk magnet NdFeB type MQ-A dan FeMn sebagai bahan dasar pembuatan magnet permanen. Proses pembuatan serbuk bahan magnetik NdFeB dengan serbuk aditif FeMn. Variasi penambahan FeMn dilakukan dengan komposisi aditif 0,5 : 1 : 3 : 5 : dan 10 wt %. Serbuk NdFeB/FeMn dimilling dengan menggunakan HEM dengan medium toluena dan perbandingan bola dan serbuk 10:1 gram. Waktu milling dengan HEM ditetapkan dengan waktu 15 menit dan 30 menit. Pembuatan bonded magnet NdFeB/FeMn menggunakan kompaksi dengan cetakan silinder dengan diameter 2 cm dan tekanan cetak sebesar 310 Mpa selama 3 menit. Dengan penambahan 3 wt % epoxy resin dan 2 tetes katalis sebagai bahan perekat dan pengering. Sampel yang telah dicetak kemudian dicuring dengan under vacuum dryer dengan suhu 1500C selama 2 jam dengan tekanan 10 mbar. Karakterisasi yang diuji meliputi sifat fisis density, struktur kristal menggunakan X-Ray Diffractometer dan sifat magnet menggunakan Gaussmeter dan Vibrating Sample Magnetometer. Pengamatan mikrostruktur dengan Scanning Electron Microscope. Analisa ukuran partikel serbuk dengan Particle Analyzer Analysis. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan 5 wt % FeMn pada serbuk NdFeB yang dimilling 30 menit meningkatkan nilai energi produk (BH-Max). Nilai BH max=4,11 MGOe, Hc=1,73 kOe, Mr=26,26 emu/g dan Ms=93,11 emu/g. Nilai fluks magnetik tertinggi 441,4 Gauss diperoleh pada penambahan 5 wt% FeMn dengan milling 30 menit.
Kata kunci : Aditif FeMn, Magnet NdFeB, Mechanical Alloying, Sifat Fisis, Sifat
PREPARATION MAGNET PERMANENT NdFeB/FeMn
WITH MECHANICAL ALLOYING
ABSTRACT
The manufacture of NdFeB magnetic powder type MQ-A and FeMn as the base material for making permanent magnets. The process of making NdFeB magnetic material powder with FeMn additive powder. Variations of FeMn addition were performed with a 0.5: 1: 3: 5: and 10 wt% additive composition. Powdered NdFeB / FeMn using HEM with toluene medium and 10: 1 gram ratio of powder and powder. The milling time with HEM is set by 15 minutes and 30 minutes. Preparation of NdFeB / FeMn bonded magnets using compacts with cylinder molds with a diameter of 2 cm and a print pressure of 310 MPa for 3 minutes. With the addition of 3 wt% of epoxy resin and 2 drops of catalyst as adhesive and drying agent. Samples that have been printed then dicuring with under vacuum dryer with temperature 1500C for 2 hours with a pressure of 10 mbar. The tested characteristics include physical properties of density, crystal structure using X-Ray Diffractometer and magnetic properties using Gaussmeter and Vibrating Sample Magnetometer. Observation of microstructure with Scanning Electron Microscope. Analysis of particle size of powder with Particle Analyzer Analysis. The results showed that the addition of 5 wt% FeMn on NdFeB powder 30 minutes mined increased the product energy value (BH-Max). Value of BH max = 4.11 MGOe, Hc = 1.73 kOe, Mr = 26.26 emu / g and Ms = 93.11 emu / g. The highest magnetic flux value of 441.4 Gauss was obtained at the addition of 5 wt% FeMn with 30 minutes milling.
Keywords: FeMn Additive, NdFeB Magnet, Mechanical Alloying, Physical Properties,
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan i
Pernyataan ii
Penghargaan iii
Abstrak v
Abstract vi
Daftar Isi vii
Daftar Tabel x
Daftar Gambar xii
Daftar Lampiran xv
BAB 1.
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang 1
1.2Rumusan Masalah 3
1.3Batasan Masalah 3
1.4Tujuan Penelitian 4
1.5Manfaat Penelitian 4
1.6Tempat Penelitian 5
1.7Sistematika Penulisan 5
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Magnet 6
2.2 Bahan Magnetik 7
2.2.1 Bahan Diamagnetik 7
2.2.2 Bahan Paramagnetik 8
2.2.3 Bahan Ferromagnetik 8
2.2.4 Bahan Antiferromagnetik 9
2.2.5 Bahan Ferrimagnetik 10
2.3 Klasifikasi Magnetik Material 10
2.3.1 Material Magnetik Lunak 11
2.3.2 Meterial Magnetik Keras 11
2.4 Histeresis Magnet 12
2.5 Magnet Permanen 14
2.5.1 Magnet Permanen NdFeB 15
2.5.2 Struktur Kristal NdFeB 16
2.6 Magnet NdFeB 16
2.7 2.8 2.9 2.10
2.6.1 Unsur Pemadu Magnet NdFeB Ferromangan (FeMn)
BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN
2.11 Karakterisasi Magnet Material 23
2.11.1 Sifat Fisis 23
2.11.1.1 Densitas 23
2.11.2 Mikrostruktur 25
2.11.2.1 Particle Size Analyzer (PSA) 25 2.11.2.2 X-Ray Diffraction (XRD) 26 2.11.2.3 Vibrating Sample Magnetnometer (VSM) 27 2.11.2.4 Scanning Electron Microstructur (SEM) 28 2.11.2.5 Energy Dispersive X-ray Spectroscopy
(EDX) (EDX
30
2.11.2.6 Prinsip Kerja SEM-EDX 31
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 33
3.1.1 Tempat Penelitian 33
3.1.2 Waktu Penelitian 33
3.2 Alat dan Bahan Penelitian 33
3.2.1 Alat 33
3.2.2 Bahan 35
3.3 Diagram Alir Penelitian 36
3.4 Variabel Eksperimen 38
3.4.1 Variabel Penelitian 38
3.4.2 Variabel Percobaan 38
3.5 Prosedur Percobaan 38
3.5.1 Preparasi Sampel 38
3.5.2 Milling 38
3.5.3 Wet Milling 39
3.6 Pengujian Sifat Serbuk NdFeB/FeMn 40
3.6.1 Analisis Densitas Serbuk Magnet NdFeB/FeMn 40
3.6.2 XRD (X-Ray Difrraction) 41
3.6.8 Kompaksi (Compression Moulding) 43
3.6.9 Pengeringan (Curing) 43
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
DAFTAR PUSTAKA 74
LAMPIRAN 77
4.1 Karakterisasi Hasil Penelitian 47
4.2 Karakterisasi Serbuk NdFeB dengan Aditif FeMn 47
4.2.1 Pengujian True Density 47
4.2.2 Particle Size Analyzer (PSA) 48 4.2.3 Scanning Electron Microstructur (SEM) 50 4.2.3.1 Pengujian Mikrostruktur Serbuk Magnet 50 4.2.3.2 Pengujian Komposisi Serbuk Magnet 52
4.2.4 X-Ray Diffraction (XRD) 56
4.2.5 Vibrating Sample Magnetnometer (VSM) 57 4.3 Karakterisasi Magnet Bonded NdFeB dengan Aditif
FeMn
60
4.3.1 Pengujian Bulk Density 60
4.3.2 Scanning Electron Microstructur (SEM) 62 4.3.2.1 Pengujian Mikrostruktur Bonded Magnet 62 4.3.2.2 Pengujian Komposisi Bonded Magnet 63 4.3.3 Vibrating Sample Magnetnometer (VSM) 65 4.3.4 Pengujian Fluks Magnetik (Gaussmeter) 68 4.3.5 Pengujian Hardness Vickers (Kekerasan) 70
5.1 Kesimpulan 72
5.2 Saran 73
DAFTAR TABEL
Nomor Tabel
Judul Halaman
2.1 Perbandingan Karakteristik Magnet Permanen 15 2.2 Komposisi Serbuk NdFeB komersil tipe MQA-37-16 17
2.3 Informasi Dasar Unsur Neodymium 18
2.4 Informasi Dasar Unsur Besi 19
2.5 Informasi Dasar Unsur Boron 20
3.1 Perbandingan Komposisi Massa NdFeB Dengan Aditif FeMn
39
4.1 Data Pengujian True Density NdFeB/FeMn dengan Milling 15 menit
46
4.2 Data Pengujian True Density NdFeB/FeMn dengan Milling 30 menit
47
4.3 Data Pengujian PSA Serbuk NdFeB/FeMn dengan Milling 15 menit
48
4.4 Data Pengujian Komposisi Unsur EDX Point pada NdFeB+1%FeMn
53
4.5 Data Pengujian Komposisi Unsur EDX Point pada NdFeB+5%FeMn
54
4.6 Data Pengujian Komposisi Unsur EDX Point pada NdFeB+10%FeMn
Data Pengujian Sifat Magnetik (VSM) Serbuk NdFeB+FeMn Milling 15 menit
Data Pengujian Sifat Magnetik (VSM) Serbuk NdFeB+FeMn Milling 30 menit
Bulk Density Milling
56 58
DAFTAR TABEL
Nomor Tabel
Judul Halaman
4.12
4.13
Data Pengujian Sifat Magnetik (VSM) Pelet NdFeB+FeMn Milling 15 menit
Data Pengujian Sifat Magnetik (VSM) Pelet NdFeB+FeMn Milling 30 menit
66
67
4.14 Data Pengujian Fluks Magnetik (VSM) Pelet NdFeB+FeMn Milling 15 menit
69
4.15
4.16
Data Pengujian Fluks Magnetik (VSM) Pelet NdFeB+FeMn Milling 30 menit
Data Pengukuran Kekerasan (Hardness Vickers) NdFeB/FeMn
69
DAFTAR GAMBAR
Nomor Gambar
Judul Halaman
1 Arah Domain-Domain Dalam Bahan Paramagnetik Sebelum Diberi Medan Magnet Luar
8
2 Arah Domain-Domain Dalam Bahan Paramagnetik Setelah Diberi Medan Magnet Luar
8
3 Skema (a) Nikel Paramagnetik dan (b) Nikel Ferromagnetik
9
4 Arah Domain Dalam Bahan Antiferromagnetik 10 5 Kurva Histerisis Magnet Lunak (Soft Magnetik) 11 6 Kurva Histerisis Magnet Lunak (Hard Magnetik) 12 7 Kurva Magnetisasi (a)Induksi Awal (b)Magnet Lunak
(c)Magnet Keras
13
8 Magnet Permanen NdFeB 15
9 Struktur Kristal NdFeB (a) Sel Satuan Tetragonal Nd2Fe14B (b)Prisma Trigonal Dalam Struktur Nd2Fe14B
Struktur Atom Unsur Neodymium Struktur Atom Unsur Besi
Struktur Atom Unsur Boron
SEM (Scanning Electron Microscope)
EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) Diagram alir
Grafik Pengujian True Density NdFeB/FeMn dengan Milling 15 menit
Grafik Pengujian True Density NdFeB/FeMn dengan Milling 30 menit
Grafik Pengukuran PSA NdFeB/FeMn dengan Milling
DAFTAR GAMBAR
Nomor Gambar
Judul Halaman
19 Hasil Foto Analisis SE Sampel Serbuk 52
20 Hasil Foto Analisis SEM pada NdFeB+1%FeMn 53
21 Hasil Foto Analisis SEM pada NdFeB+5%FeMn 54
22 Hasil Foto Analisis SEM pada NdFeB+10%FeMn 55
23 Gambar Pola XRD Sampel Serbuk 56
24 Kurva Histerisis Serbuk Magnet NdFeB/FeMn dengan Milling 15 menit
58
25 Kurva Histerisis Serbuk Magnet NdFeB/FeMn dengan Milling 30 menit
59
26 Grafik Pengukuran Bulk Density Sampel Pelet NdFeB/FeMn dengan Milling 15 menit
61
27 Grafik Pengukuran Bulk Density Sampel Pelet NdFeB/FeMn dengan Milling 30 menit
62
28
29
Hasil Foto Analisis SE Sampel Pelet NdFeB murni Milling 15 menit
Hasil Foto Analisis SE Sampel Pelet NdFeB+3%FeMn dengan Milling 15 menit
63
63
31 Hasil EDX Mapping NdFeB Murni dengan Milling 15 menit
65
32 Hasil EDX Mapping NdFeB+3%FeMn dengan Milling 15 menit
66
33 Kurva Histerisis Magnet Bonded NdFeB/FeMn dengan Milling 15 menit
66
34 Kurva Histerisis Magnet Bonded NdFeB/FeMn dengan Milling 30 menit
DAFTAR GAMBAR
Nomor Gambar
Judul Halaman
35
36
37
Grafik Pengukuran Fluks Magnetik Magnet Bonded NdFeB/FeMn dengan Milling 15 menit
Grafik Pengukuran Fluks Magnetik Magnet Bonded NdFeB/FeMn dengan Milling 30 menit
Grafik Pengukuran Kekerasan (Hardness Vickers) NdFeB/FeMn
68
69
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lamp
Judul
1 Gambar Peralatan dan Bahan Penelitian
2 Perhitungan True Density
3 Perhitungan Bulk Density
4 Perhitungan Fluks Magnetic
5 6 7
Hasil SEM-EDX Point Hasil PSA
