Pengaruh Komposisi BaFe12O19 dan Fe pada Pembuatan Hybrid Bonded Magnet Berbasis NdFeB terhadap Sifat Fisis, Magnet dan Mikrostruktur

(1)

PENGARUH KOMPOSISI BaFe12O19 dan Fe pada PEMBUATAN

HYBRID BONDED MAGNET BERBASIS NdFeB terhadap SIFAT

FISIS, MAGNET dan MIKROSTRUKTUR

SKRIPSI

ANDI PRATAMA

130801033

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2017

(2)

PENGARUH KOMPOSISI BaFe12O19 dan Fe pada PEMBUATAN HYBRID BONDED MAGNET BERBASIS NdFeB terhadap SIFAT FISIS, MAGNET

dan MIKROSTRUKTUR

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai

gelar Sarjana Sains

ANDI PRATAMA

130801033

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

LEMBAR PENGESAHAN

PENGARUH KOMPOSISI BaFe12O19 dan Fe pada PEMBUATAN HYBRID BONDED MAGNET BERBASIS NdFeBterhadap SIFAT FISIS, MAGNET

OLEH :

Andi Pratama NIM : 130801033

Disetujui Oleh : Komisi Pembimbing

Dr. Ing Prijo Sardjono, M.Sc. Dr. Syahrul Humaidi, M.Sc. NIP : 195312301979031003 NIP. 196505171993031009

Diketahui Oleh :

Departemen Fisika FMIPA USU Pusat Penelitian Fisika-LIPI Ketua, Kepala,

Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S. Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng. NIP : 195903101987031002 NIP. 196204301988031001

(4)

PERSETUJUAN

Judul : Pengaruh Komposisi BaFe12O19 dan Fe pada

Pembuatan Hybrid Bonded Magnet Berbasis NdFeB terhadap Sifat Fisis, Magnet dan Mikrostruktur

Kategori : Skripsi

Nama : Andi Pratama

Nomor Induk Mahasiswa : 130801033

Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) – Universitas Sumatera Utara

Disetujui di Medan, Mei 2017

Komisi Pembimbing

Pembimbing 2 Pembimbing 1

Dr. Syahrul Humaidi,M.Sc Dr. Ing Prijo Sardjono, M.Sc NIP : 196506171993031009 NIP : 195312301979031003

Disetujui Oleh

Departemen Fisika FMIPA USU Ketua

(5)

ii

PERNYATAAN

PENGARUH KOMPOSISI BaFe12O19 dan Fe pada PEMBUATAN HYBRID BONDED MAGNET BERBASIS NdFeBterhadap SIFAT FISIS, MAGNET

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa Kutipan dan ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juli 2017

ANDI PRATAMA 130801033

(6)

PENGHARGAAN

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan

karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir.

Tugas akhir merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar sarjana pada

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.

Untuk memenuhi persyaratan diatas penulis mengerjakan tugas akhir dengan judul :

“PENGARUH KOMPOSISI BaFe12O19 dan Fe pada PEMBUATAN HYBRID BONDED MAGNET BERBASIS NdFeB terhadap SIFAT FISIS, MAGNET dan MIKROSTRUKTUR”. Yang dilaksanakan di Laboratorium Magnet P2F Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, Serpong, Tangerang Selatan, Banten.

Penulis menyadari bahwa selama proses hingga akhir terselesaikannya

penyusunan skripsi ini bayak sekali bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak.

Dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih dan

penghargaan yang sebesar-besarnya kepada Dr. Ing Prijo Sardjono M.Sc selaku

pembimbing I, Drs. Syahrul Humaidi M.Sc selaku pembimbing II, Ir. Muljadi M.Si

selaku pembimbing lapangan yang telah bersedia meluangkan waktu untuk

membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Terima kasih kepada Dr.

Perdinan Perdinan Sinuhaji, MS dan Awan Maghfirah S.Si, M.Si selaku Ketua

Departemen dan Sekretaris Departemen Fisika FMIPA-USU Medan, Dekan dan

Pembantu Dekan FMIPA USU, seluruh Staf dan Dosen Fisika FMIPA USU, pegawai

FMIPA USU dan rekan-rekan kuliah. Akhirnya tidak terlupakan Bapak, Ibu dan

keluarga yang selama ini memberikan bantuan dan dorongan yang diperlukan.

Semoga Tuhan Yang Maha Esa akan membalasnya.

Medan, Juli 2017

(7)

iv

PENGARUH KOMPOSISI BaFe12O19 dan Fe pada PEMBUATAN

HYBRID BONDED MAGNET BERBASIS NdFeB terhadap SIFAT

FISIS, MAGNET dan MIKROSTRUKTUR

ABSTRAK

Telah dilakukan pembuatan hybrid bonded magnet permanen berbasis NdFeB yang ditambahkan dengan 2 %wt serbuk besi dan BaFe12O19 dengan variasi komposisi

(x = 5, 10, 15, dan 20 % wt). Proses preparasi bahan baku mulai dari pencampuran serbuk NdFeB tipe MQP-B+ dengan BaFe12O19 dan serbuk Fe, digerus dan dicampur

bahan perekat Exopy Resin sebanyak 6 %wt dan dicetak dengan gaya 8 tonf sehingga membentuk pellet dengan diameter 18,5 mm dan tebal 4,3 mm. Sampel yang telah dicetak kemudian dikeringkan menggunakan Under Vacuum Dryer dengan temperatur 80°C dengan tekanan 15 mbar ditahan selama 1 jam. Karakterisasi yang diuji meliputi sifat fisis (densitas, kekerasan dan laju korosi), mikrostruktur menggunakan Optical

Microscope dan sifat magnet dengan menggunakan Vibrating Sample Magnetometer.

Dari hasil pengukuran densitas dan kekerasan hybrid bonded magnet menunjukkan bahwa nilai densitas cenderung menurun dan kekerasan cenderung meningkat sebanding dengan jumlah penambahan BaFe12O19. Kondisi optimum dicapai pada

penambahan (x = 5 %) BaFe12O19 menghasilkan densitas = 4,469 × 103 kg/m3 dan laju

korosi 8,268 × 10-3 _{m/tahun. Nilai kekerasan optimum dihasilkan oleh sampel dengan}

penambahan (x = 10%) BaFe12O19 dan penambahan 2% Fe dengan nilai 8,27 × 108

N/m2. Sifat magnet dengan penambahan (x = 5 %) Ba.Fe12O19 disertai penambahan Fe

maupun tanpa Fe dapat diketahui nilai induksi remanen magnetik (Br) = 362,9 mT dan 382,7 mT, koersivitas (HcJ) = 684,6 kA/m dan 710,2 kA/m dan energi produk (BH)max

= 24,096 kJ/m3 dan 22,655 kJ/m3 dengan nilai fluks magnetik = 97,32 mT dan 102,985

mT. Pengaruh panambahan komposisi BaFe12O19 cenderung menurunkan nilai densitas

dan sifat magnetnya namun meningkatkan nilai kekerasannya.

Kata Kunci : BaFe12O19, Hybrid Bonded Magnet, NdFeB, Serbuk Fe, Sifat Magnet.

(8)

EFFECT OF BaFe

12

O

19

and Fe ADDITION in MANUFACTURE of

HYBRID BONDED MAGNET BASED of NdFeB

on PHYSICAL,

MAGNETIC PROPERTIES and MICROSTRUCTURE

ABSTRACT

Hybrid Bonded permanent magnet with addition of BaFe12O19 and 2 %wt Fe

Powder has been done with the variation composition (x = 5, 10, 15 and 20% wt).

The preparation process started by mixing NdFeB MQP-B+ powder with BaFe12O19

and Fe Powder then mixed with 6 % wt adhesive Epoxy Resin and compacted with a pressure of 8 tonf to form a pellet with diameter of 18,5 mm and thickness of 4,3 mm. Samples which have been pressed, then dryed using Under Vacuum Dryer with a heating temperature 80°C and pressure 15 mbar held for 1 hours. The characterizations was conducted on the physical properties, such as density by using dimension method and hardness by using Vickers, microstructure analysis using OM, and magnetic properties with vibrating sample magnetometer. Based on the density and hardness measurement, it can be concluded that hybrid bonded magnet has density that tend to decrease and hardness tend to increase as the increasing of composition BaFe12O19. The optimum condition is achieved at a value of x = 5%, where the density value = 4,469 × 103 kg/m3 and corrosion rate = 8,268 × 10-3 m/year.

Optimum hardness value is at addition of (x = 10%) BaFe12O19 with 2% Fe addition

reach 8,27 × 108 N/m2. The hysteresis curves for Fe and non Fe addition show that values of the remanent induction (Br) = 362,9 mT and 382,7 mT, coercivity (HcJ) =

684,6 kA/m and 710,2 kA/m and the maximum energy product (BH)max = 24,096 kJ/m3

and 22,655 kJ/m3 with magnetic flux value = 97,32 mT dan 102,985 mT. Effect of

increasing composition of Ba.Fe12O19 is tend to decrease density values, and magnetic properties but increase its hardness value.

Keywords : BaFe12O19, NdFeB, Fe Powder, Hybrid Bonded Magnet, Magnetic

(9)

vi

1.4 Tujuan Penelitian 3

1.5 Manfaat Penelitian 3

1.6 Tempat dan Waktu Penelitian 3

1.7 Sistematika Penulisan 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1 Pengertian Magnet 5

2.2 Macam-Macam Magnet 5

2.3 Sifat-Sifat Magnet Permanen 6

2.3.1 Koersivitas 6

2.3.2 Remanensi 6

2.3.3 Temperatur Curie 6

2.3.4 Medan Anisotropi (HA) 6

2.4 Sifat Kemagnetan Bahan 7

2.6 Material Magnet Lunak dan Magnet Keras 11

2.6.1 Magnet Lunak (Soft Magnetic) 11

2.6.2 Magnet Keras (Hard Magnetic) 12

2.7 Unsur Pemadu pada Magnet NdFeB 12

2.7.1 Neodymium (Nd) 12

2.7.2 Besi (Fe) 14

2.7.3 Boron (B) 15

2.8 Fabrikasi Magnet NdFeB 15

2.9 Barium Heksaferit 16

2.10 Hybrid Bonded Magnet 16

(10)

2.11 Karakterisasi Material Magnet 18

2.11.1 Sifat Fisis 18

2.11.2 Mikrostruktur 19

2.11.3 Sifat Magnetik 21

2.11.4 Laju Korosi 22

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 23

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 23

3.2 Alat dan Bahan Penelitian 23

3.2.1 Alat 24

3.2.2 Bahan 24

3.3 Diagram Alir Penelitian 25

3.4 Variabel Eksperimen 26

3.4.1 Variabel Penelitian 26

3.4.2 Variabel Percobaan yang diuji 26

3.5 Prosedur Penelitian 26

3.5.1 Pencampuran Bahan Baku 26

3.5.2 Pembuatan Sampel Uji 27

3.5.3 Pengeringan Sampel Uji 27

3.5.4 Magnetisasi 27

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 31

4.1 Karakterisasi Sifat Fisis 31

4.2.1 Densitas 31

4.2.2 Kekerasan 32

4.2.3 Laju Korosi 34

4.2 Karakterisasi Mikrostruktur 35

4.2.1 Mikroskop Optik (Optical Microscope) 35

4.3 Karakterisasi Sifat Magnet 38

4.3.1 Vibrating Sample Magnetometer (VSM) 38

4.3.2 Gaussmeter 40

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 43

5.1 Kesimpulan 43

5.2 Saran 43

DAFTAR PUSTAKA 44

(11)

viii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Informasi Dasar Unsur Neodymium 13

Tabel 2.2 Informasi Dasar Unsur Besi 14

Tabel 2.3 Informasi Dasar Unsur Boron 15

Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Densitas 31

Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Kekerasan 33

Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Laju Korosi I 34

Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Laju Korosi II 35

Tabel 4.5 Data Hasil Pengujian Sifat Magnet 39

Tabel 4.6 Hasil Pengujian Kuat Medan Magnet 40

(12)

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1 Momen Magnetik Dari Sifat Ferromagnetik 7

Gambar 2.2 Momen Magnet Dari Sifat Ferimagnetik 8

Gambar 2.3 Momen Magnetik Dari Sifat Paramagnetik 8

Gambar 2.4 Momen Magnetik Dari Sifat Diamagnetik 9

Gambar 2.5 Kurva histerisis 10

Gambar 2.6 Kurva histerisis magnet lunak (soft magnetic) 11

Gambar 2.7 Kurva histerisis magnet keras (hard magnetic) 12

Gambar 2.8 Struktur Atom Unsur Neodymium 13

Gambar 2.9 Struktur Atom Unsur Besi 14

Gambar 2.10 Struktur Atom Unsur Boron 15

Gambar 2.11 Skema Pengujian Vickers Hardness 19

Gambar 2.12 Tipe-tipe Lekukan Piramida Intan 19

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian 25

Gambar 4.1 Grafik Densitas 32

Gambar 4.2 Grafik Kekerasan 33

Gambar 4.3 Foto Morfologi Permukaan Sampel I 36

Gambar 4.4 Foto Morfologi Permukaan Sampel II 37

Gambar 4.5 Kurva Histerisis Sampel Hybrid Bonded Magnet 38

Gambar 4.6 Kurva B-H Sampel Hybrid Bonded Magnet 39

Gambar 4.7 Grafik Hubungan Kuat Medan Magnet 41

(13)

x

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran A Alat dan Bahan Penelitian 47

Lampiran B Perhitungan Data Pengujian 54

Lampiran C Data Percobaan 63

Lampiran D Hasil Pengujian VSM 67

Lampiran E Hasil Pengujian Kekerasan 69