EFEK VARIASI WAKTU ROTARY BALL MILL PADA SERBUK NdFeB TERHADAP MIKROSTRUKTUR, DENSITAS, dan SIFAT MAGNETNYA

(1)

EFEK VARIASI WAKTU

ROTARY BALL MILL

PADA

SERBUK NdFeB TERHADAP MIKROSTRUKTUR,

DENSITAS, dan SIFAT MAGNETNYA

SKRIPSI

LYA OKTAVIA SIMANJUNTAK

100801032

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

EFEK VARIASI WAKTU

ROTARY BALL MILL

PADA

SERBUK NdFeB TERHADAP MIKROSTRUKTUR,

DENSITAS, dan SIFAT MAGNETNYA

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana

Sains

LYA OKTAVIA SIMANJUNTAK

100801032

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(3)

PERSETUJUAN

Judul : Efek Variasi Waktu Rotary Ball Mill Pada Serbuk NdFeB terhadap Mikrostruktur, Densitas, dan Sifat Magnetnya

Kategori : Skripsi

Nama : Lya Oktavia Simanjuntak Nomor Induk Mahasiswa : 100801032

Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Disetujui di Medan, Agustus 2014

Disetujui Oleh

Departemen Fisika FMIPA USU Pembimbing, Ketua

Dr. Marhaposan Situmorang Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc

(4)

PERNYATAAN

EFEK VARIASI WAKTU

ROTARY BALL MILL

PADA

SERBUK NdFeB TERHADAP MIKROSTRUKTUR,

DENSITAS, dan SIFAT MAGNETNYA

SKRIPSI

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

Medan, Agustus 2014

(5)

PENGHARGAAN

Puji dan Syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan anugerahNya penulis dapat menyelesaikan studi selama perkuliahan dan dapat menyelesaikan penyusunan skripsi dengan judul : “EFEK VARIASI WAKTU ROTARY BALL MILL PADA SERBUK NdFeB TERHADAP

MIKROSTRUKTUR, DENSITAS, dan SIFAT MAGNETNYA”. Yang dilaksanakan di Laboratorium Keramik dan Gelas P2F LIPI Serpong Tangerang Selatan sesuai dengan waktu yang ditetapkan. Skripsi ini 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 hingga terselesaikannya penyusunan skripsi ini banyak sekali bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak.

Dalam kesempatan ini saya ucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar – besarnya kepada :

1.

Kedua orang tua saya yang tersayang Ayahanda H.Simanjuntak dan

Ibunda M.Napitupulu yang tulus menyayangi penulis dan tak henti –

hentinya memberikan nasehat, Doa, motivasi serta materi maupun moril. Dan kepada yang tersayang Abang (Frenky B.T. Simanjuntak & Agustin J.P Simanjuntak), Kakak (Hotny Elfrida Simanjuntak), Vario, Cindy dan Sikembar Jose-Jessen, dengan segala kelebihan dan kekurangan, kalian membuat penulis bangga mempunyai keluarga seperti kalian.

2.

Bapak Dr. Sutarman M.Sc selaku Dekan Departemen Fisika Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas suatera Utara, Medan.

3.

Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua Departemen Fisika

(6)

4.

Bapak Ir. Muljadi M.Si dan Bapak Drs. Syahrul Humaidi M.Sc selaku

Dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi.

5.

Bapak Dr. Bambang Widyatmoko, M.Eng, selaku Kepala Laboratorium

Pusat Penelitian Fisika P2F – LIPI Serpong.

6.

Bapak Prof. Pardamean Sebayang, Bapak Candra Kurniawan S.Si, Bapak

Prof. Masno Ginting, Ibu Ayu Yuswita Sari S.Si, Mas Lukman Faris, Amd, mas Boiran, Mas Ibrahim, selaku pembimbing lapangan yang telah memberikan bimbingan, waktu dan tenaga kepada penulis dalam

menyelesaikan skripsi ini.

7.

Ibu Dr. Diana Alemin Barus M.Sc selaku Dosen wali penulis selama

mengikuti perkuliahan.

8.

Seluruh Staf dosen, Pembantu Dekan, Pegawai Departemen, dan Pegawai

Foto Copy (Kak Reni & Kak Ana) Departemen Fisika FMIPA USU

9.

Buat „Kurcaci‟ yang selalu memberikan Doa, dukungan, motivasi dan

waktu bagi penulis.

10.

Teman – teman Stambuk Lucky (2010) : Ruth Mentari H, Theresya S,

Ataran Hadiman M, Samuel H, Dahniar H, Citra Wara, Usi Damayanti, Eka Sari, Juliana S, Lasmini S, Riady S, Marisa M, Zailani R, Siti Nuraini, Gunawan S, Amin O S, Faisal S, Jenery, Sri anugrah, Emidola P, Layla, Riki E, Riki D, Esnaria, Melisa, Roulina, Ririn, Rika, Rahel, Sri Ita, Desi S,Juan, Maysarah, Lamhot, Ronald, Baginda, Wiharja, Fransiskus, Sahat, Rony, Desmar, Jantiber, Jekson, Baik, Anthony, Nasrul, Rumianto, Bewa, Edy, Fadly, Ikhwan, Irman, yang telah memberikan kesan dan kenangan manis bagi penulis selama masa perkuliahan. “Always Love You All”.

11.

Seluruh Adik – adik FISIKA USU angkatan 2011, 2012, dan 2013.

12.

Kakak dan Adek Penghuni “Terompet 11” Kak Hanna, Kak Juni, Kak

Christin, kak Elva, Sarah Sitorus, Ramona M, Rani, Desti, yang tak henti – henti memberikan semangat, Doa dan dukungan kepada penulis.

13.

Seluruh teman – teman Di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan

(7)

14.

Kak Delovita, Kak Yola dan kepada mereka yang tidak dapat saya

sebutkan namanya yang telah mendukung penulis, saya ucapkan terima kasih.

Penulis menyadari dalam penulisan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan dan terdapat banyak kekurangan. Oeh karena itu kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat diharapkan untuk penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Medan, Agustus 2014

(8)

EFEK VARIASI WAKTU

ROTARY BALL MILL

PADA

SERBUK NdFeB

TERHADAP MIKROSTRUKTUR, DENSITAS, dan SIFAT

MAGNETNYA

ABSTRAK

Telah dilakukan proses penghalusan serbuk NdFeB dengan menggunakan rotary ball mill dalam kondisi kering (dry milling) dan dalam kondisi basah (wet milling), untuk proses wet milling digunakan media milling cairan toluen. Bahan yang digunakan adalah Serbuk NdFeB tipe MQP-B+10118-70. Waktu milling baik secara kering maupun basah di variasi: 1,5,10, dan 20 jam. Kemudian dilakukan karakterisasi diameter partikel serbuk dengan PSA, dan karakterisasi densitasnya menggunakan piknometer. Untuk pengujian mikrostruktur dengan SEM, bulk density, sifat magnet (fluks density) dilakukan pada sampel berbentuk pelet. Lalu sampel serbuk yang telah di milling dengan berbagai variasi waktu milling, di cetak dengan tekanan 25 kgf/cm2, dan dengan menambahkan bahan perekat celuna sebanyak 5 % berat, hingga membentuk pelet dengan diameter 1 cm. Selanjutnya sampel pelet di keringkan (curing) selama 1 jam pada suhu 1800C. Sampel pelet yang telah kering di analisa mikrostruktur dengan menggunakan SEM, dan diukur bulk density menggunakan metode archimedes. Sebagian sampel pelet yang telah kering lainnya di magnetisasi dengan impulse magnetizer pada tegangan 1300 Volt DC. Sampel pelet yang telah dimagnetisasi di ukur fluks density menggunakan gaussmeter. Dari nilai densitas fluks magnet sampel, diperoleh sampel terbaik yaitu sampel hasil milling 1 jam yang memiliki nilai densitas fluks magnet sebesar 1917.6 Gauss dalam metode dry mill dan nilai densitas fluks magnet sebesar 1861.6 Gauss dalam metode wet mill. Sedangkan sampel terburuk adalah sampel hasil milling 20 jam yang memiliki nilai densitas fluks magnet sebesar 1384.4 Gauss dalam metode dry mill dan nilai densitas fluks magnet sebesar 1069.8 Gauss dalam metode wet mill.

(9)

EFFECT OF TIME VARIATION OF THE ROTARY BALL MILL AT

NdFeB POWDER ON MICROSTRUCTURE, DENSITY AND MAGNETIC

PROPERTIES

ABSTRACT

The milling process of powder NdFeB has been done by using rotary ball mill in dry and wet condition, where milling in wet condition is used liquid toluen as milling media. The NdFeB Powders MQPB+ 10118-70, is used for this experiment. Milling time for dry and wet condition was varried : 1, 5, 10, and 20 hours. Then this powder was characterized particle size distribution used PSA, and characterized powder density by using picnometer. Sample in form pellet was used for measurement of microstructure, bulk density and magnetic properties (flux density). So samples after milling were formed pellet diameter 1 cm with pressure 25 kgf/cm2 and added celuna binder about 5 % wt. Then the sample pellets were curred at 180oC for 1 hour. The pellet samples were measured microstructure by using SEM and bulk density by using archimedes method. Also pellet samples after curring were magnetized by using impulse magnetizer at 1300 volt DC, and flux density was measured by using the Gaussmeter. From the result of fluks density, The best sample is a sample obtained by milling 1 hour that have magnetic flux density 1917.6 Gauss for dry mill method and 1861.6 Gauss for wet mill method. While the worst sample is a sample obtained by milling 20 hours that have magnetic flux density 1384.4 Gauss for dry millmethod and 1069.8 Gauss for wet mill method.

(10)

DAFTAR ISI

1.6. Tempat Penelitian 4

1.7. Sistematika Penulisan 4

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Magnet Secara Umum 6

2.2 Bahan Magnetik 7

2.3 Klasifikasi Soft dan Hard Magnetik Material 10

2.3.1 Magnet Permanen 11

2.3.1.1 Magnet Permanen NdFeB 12 2.3.1.1.1 Unsur Pemadu Pada Magnet NdFeB 12 2.3.1.1.2 Struktur Kristal Magnet NdFeB 15 2.3.1.1.3 Sifat Fisis Magnet NdFeB 16 2.3.1.1.4 Karakteristik Magnet NdFeb

TerhadapTemperatur 17

2.3.1.1.5 Fabrikasi Magnet NdFeB 17

2.3.1.1.6 Ketahanan Magnet NdFeB Terhadap korosi 17

2.3.2 Magnet Remanen 18

2.4 Kurva Histerisis Magnet 18

2.5 Mechanical Milling 21

2.5.1 Bahan Baku 21

2.5.2 Tipe Milling 21

(11)

2.6 Proses Kompaksi 25

2.7 Karakterisasi 26

2.7.1 Particle Size Analyzer 26

2.7.2 Densitas 28

2.7.3 XRD (X-Ray Difractometer) 30

2.7.4 SEM (Scanning Electron Microscope) 32

BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 36

3.1.1 Tempat Penelitian 36

3.1.2 Waktu Penelitian 36

3.2 Alat dan Bahan 36

3.2.1 Alat 36

3.2.2 Bahan 37

3.3 Diagram Alir Penelitian 38

3.4 Variabel Eksperimen 39

3.4.1 Variabel Penelitian 39

3.4.2 Variabel Percobaan yang Diuji 39

3.5 Prosedur Penelitian 39

3.5.1 Proses Milling 39

3.5.2. Pembuatan Sampel Uji 40

3.6 Pengujian 40

3.6.1 Analisis Ukuran Diameter Partikel Serbuk

Magnet NdFeB 40

3.6.2 Sifat Fisis 41

3.6.2.1. Analisis Densitas Serbuk Magnet NdFeB 41 3.6.2.2. Analisis Bulk Density Sampel Pelet

Magnet NdFeB 42

3.6.3 Sifat Magnet 43

3.6.3.1 Analisa Densitas Fluks Magnetik Sampel

Pelet Magnet NdFeB 43

3.6.4 Analisa Struktur Serbuk Magnet NdFeB 43 3.6.5 Pengamatan Mikrostruktur Sampel Pelet NdFeB 43

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Karakterisasi Hasil Penelitian 45

4.1.1 Ukuran Diameter Partikel Serbuk Magnet NdFeB 45

4.1.2 Sifat Fisis 49

4.1.2.1 Densitas Serbuk 49

4.1.2.2 Bulk Density 50

4.1.3 Hasil Pengujian Sifat Magnet 52

4.1.3.1 Pengujian Densitas Fluks Magnetik

Pelet Magnet NdFeB 52

(12)

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan 61

5.2. Saran 62

(13)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Klasifikasi Bahan Magnetik 10

Gambar 2.2. Struktur Atom Unsur Neodymium 12

Gambar 2.3. Struktur Atom Unsur Besi 13

Gambar 2.4 Struktur Atom Unsur Boron 14

Gambar 2.5 (a) Sel Satuan Tetragonal Nd2Fe14B (b) Prisma Trigonal

Yang Mengandung Atom Boron Dalam Struktur Nd2Fe14B 15

Gambar 2.6 Magnet NdFeB Yang Telah Dicoating/Pelapisan 18

Gambar 2.7 (a) Kurva Histerisis Material Magnet Untuk Soft Magnetik 20 (b)Kurva Histerisis Material Magnet Untuk Hard Magnetik 20

Gambar 2.8 Wadah Milling Dalam Alat Rotary Ball Mill 23

Gambar 2.9 Bola Mill Yang Digunakan Dalam Alat Rotary Ball Mill 24

Gambar 2.10 Skema Geometri Difractometer 32

Gambar 2.11 Skema Prinsip Dasar SEM 35

Gambar 3.1. Skema Diagram Alir Penelitian Bonded Magnet

NdFeB Dengan Variasi Waktu Milling 38

Gambar 4.1 Grafik Hasil Pengukuran PSA Serbuk NdFeB Hasil

Milling Dengan Metode Dry Mill 46

Gambar 4.2 Grafik Hasil Pengukuran PSA Serbuk NdFeB Hasil

Milling Dengan Metode Wet Mill 48

Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Nilai Densitas Serbuk setelah dimilling Dalam Metode dry Mill dan Metode wet Mill 50

Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Nilai Densitas Fluks Magnetik Sampel Pelet Magnet NdFeB Setelah Dimilling Dalam

Metode Dry Mill dan Metode Wet Mill 54

(14)

NdFeB Tanpa Milling 55

Gambar 4.7 Hasil Pengamatan Mikrostruktur Dari Bonded Magnet

NdFeB Hasil Milling 56

Gambar 4.8 Grafik Hasil Karakterisasi XRD Untuk Serbuk NdFeB

Tanpa Milling 58

(15)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Perbandingan Karakteristik Magnet Permanen 11

Tabel 2.2 Informasi Dasar Unsur Neodymium 13

Tabel 2.3 Informasi Dasar Unsur Besi 14

Tabel 2.4 Informasi Dasar Unsur Boron 15

Tabel 2.5 Sifat Fisis Magnet NdFeB Tipe MQP-B+10118-70 16

Tabel 4.1 Hasil pengukuran PSA Untuk Serbuk NdFeB Tanpa Milling 46

Tabel 4.2 Hasil pengukuran PSA Untuk Serbuk NdFeB Hasil

Milling Dengan Metode Dry Mill 46

Tabel 4.3 Hasil pengukuran PSA Untuk Serbuk NdFeB Hasil Milling

Dengan Metode Wet Mill 47

Tabel 4.4 Hasil pengujian Densitas Serbuk Hasil Milling Dengan

Metode Dry Mill dan Wet Mill 49

Table 4.5 Hasil pengujian Bulk Density Hasil Milling Dengan

Tabel 4.6 Hasil pengujian Densitas Fluks Magnet Hasil Milling Dengan

(16)

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN 1 Bahan dan Peralatan Penelitian

LAMPIRAN 2 Dimensi Sampel Berbentuk Pelet

LAMPIRAN 3 Data PSA Untuk Serbuk NdFeB