Optimasi Proses Pembuatan Hard-Magnetic Material Berbasis BaFe12O19 dengan Aditif FeMn

(1)

OPTIMASI PROSES PEMBUATAN HARD-MAGNETIC

MATERIAL BERBASIS BaFe

12

O

19

DENGAN ADITIF FeMn

SKRIPSI

MARTA MASNIARY NAINGGOLAN

120801034

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

OPTIMASI PROSES PEMBUATAN HARD-MAGNETIC

MATERIAL BERBASIS BaFe

12

O

19

DENGAN ADITIF FeMn

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syaratmencapai gelar

Sarjana Sains

MARTA MASNIARY NAINGGOLAN

120801034

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(3)

PERSETUJUAN

Judul : Optimasi Proses Pembuatan Hard-Magnetic Material Berbasis BaFe12O19 dengan Aditif FeMn

Kategori : Skripsi

Nama : Marta Masniary Nainggolan Nomor Induk Mahasiswa : 120801034

Program studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Disetujui di Medan, Juli 2016

Disetujui Oleh:

Pembimbing 1, Pembimbing 2,

(Dr. Kerista Sebayang, MS) (Prof. Drs. Perdamean Sebayang, M.Si) NIP. 195806231986011001 NIP. 195501051983031003

Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,

(4)

PERNYATAAN

OPTIMASI PROSES PEMBUATAN HARD-MAGNETIC

MATERIAL BERBASIS BaFe

12

O

19

DENGAN ADITIF FeMn

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juli 2016

MARTA MASNIARY NAINGGOLAN

(5)

PENGHARGAAN

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus, karena berkat dan

pertolongan-Nya, penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini. Skripsi dengan judul: “Optimasi Proses Pembuatan Hard-Magnetic Material Berbasis BaFe12O19

dengan Penambahan Aditif FeMn” 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:

1. Kedua orang tua penulis tercinta Ayahanda Jonter Nainggolan dan Ibunda Lamria Simanungkalit yang dengan penuh kasih sayang telah memberikan nasehat, motivasi, doa dan dorongan materi maupun moril kepada penulis. Juga kepada kakanda tersayang Martini S Nainggolan, S.Si, Wenlya E Nainggolan, SE,Ak. CA, Resti J Nainggolan, STP, adinda Ayu R Nainggolan dan Raja Doli S Nainggolan yang terus menyemangati dan mendoakan penulis hingga terselesainya penulisan skripsi ini.

2. Bapak Dr. Kerista Sebayang, M.S selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara, Medan.

3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas sumatera Utara, Medan. 4. Bapak Dr. Kerista Sebayang, M.S dan Bapak Prof. Drs. Perdamean

Sebayang, M.Si selaku dosen pembimbing, kepada Pak Candra, Ibu Ayu, Pak Arief Eko, Pak Toto Sudiro, Pak Amat, Bang Anggi, Bang Mardi, 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.

(6)

6. Bapak Drs. Herli Ginting, MS, Bapak Dr. Kurnia Sembiring, MS, dan Ibu Dr. Diana Alemin Barus, M.Sc selaku dosen penguji yang telah membimbing dan memberikan saran dan masukan dalam penulisan skrispsi ini.

7. Bapak Drs. Kurnia Brahmana, M.S selaku dosen penasehat akademik penulis selama perkuliahan.

8. Sahabat “Physics On Fire” (Tania, Santa, Bunda, Sulis, Melpa, Sabeth, Dewi,

Cyndi, Riris, Fitry, Mia, Yani, Eni, Carmel, Mutia, Rina, Sri, Kris, Beta, Fransisco, Ivan, Roi, Eko, Zefanya, Ivo, Fauzi, Ari, Jekson, Roby, Franki, Halim, Rudi, Andrianus, Komting, Ali, Frisanto, Mareanus, Karyaman, Josapat, Kubib, Topoy, Adin, Benget, Sabran, Diego, Dodi, Amar, Eltris, Wils, Erza, Toby, Taufik, Firman, Rahmat, Kartika, Lyana, Hafsah) yang telah memberi banyak cerita, kesan dan kenangan selama perkuliahan, juga kepada teman-teman seperjuangan „kos L48‟ (Santa, Bunda, Sulis, Riris, Mia, dan Fitry) yang telah berbagi suka dan duka selama penelitian di Serpong. 9. Keluarga Besar UKM Fotografi USU, terkhusus Angkatan 7 (Fazrin, Vibek,

Nurul, Putri, Yazid, Nofiqbal, Bang Ihsan, Bang Norman, Ilmi dll) yang telah memberi semangat dan doa untuk penulis menyiapkan skripsi ini.

10. Teman-teman KKN Kelompok 3 Desa Lingga Julu (Ivo, Tante Ines, Mak Kris, Opung Beta, Kak Putri, Jeni, Indah, Eta, Endang, Zefa, Suya, Heppy, Dek Dew, dan Jekson) yang senantiasa mendoakan penulis.

11. Bersembilan (Osi, Niken, Oki, Randy, Gatra, Aza, Sitti, dan Isan) teman dari SMA yang masih menjalin komunikasi dengan baik dan mendoakan penulis.

12. „Ding‟ (Fransisco Purba), tempat berbagi suka dan duka, yang selalu

mendoakan penulis dan memberi semangat layaknya sahabat, saudara dan juga kekasih.

13. Abang, kakak dan adik-adik Fisika USU serta kepada mereka yang tidak tersebutkan namanya yang telah mendukung penulis.

(7)

OPTIMASI PROSES PEMBUATAN HARD-MAGNETIC

MATERIAL BERBASIS BaFe

12

O

19

DENGAN ADITIF FeMn

ABSTRAK

Telah dilakukan pembuatan magnet dari magnet permanen Barium Heksaferit (BaFe12O19) dengan penambahan aditif Ferromangan (FeMn) variasi komposisi 3

dan 7 (%wt) menggunakan metode mechanical alloying. Serbuk BaFe12O19 dan

FeMn dimixing menggunakan HEM selama 15 menit (dry milling). Sampel dicetak dengan tekanan 40kgf/cm2 menggunakan magnetic field press dalam medan magnet sebesar 3,6 kG. Sampel disinter menggunakan High Temperature Furnace pada suhu 1100, 1150, 1200 dan 1250oC selama 2 jam. Sampel dikarakterisasi sifat fisis (bulk density, porositas), analisis mikrostruktur sampel menggunakan XRD, dan sifat magnet menggunakan VSM. Didapatkan bahwa pada penambahan aditif 3% wt. FeMn dengan suhu sintering 1200oC (2 jam) memiliki sifat fisis dan magnetik tertinggi dimana nilai bulk density sebesar 4,81 g/cm3, porositas sebesar 20%, nilai saturasi 63,49 emu/g, remanensi 31,45 emu/g, koersivitas 3 kOe, dan BHmax 630 kGOe.

(8)

Process Optimation of Manufacture

Hard-Magnetic Material

BaFe12O19 Based with FeMn Aditif

ABSTRACT

Has been done manufacturing of the magnet permanent Barium Hexaferrite (BaFe12O19) with the addition of additives Ferromanganese (FeMn) variations in

composition 3 and 7 (wt%) using the mechanical alloying method. Powder of BaFe12O19 and FeMn mixed using HEM for 15 minutes (dry milling). Samples

were pressed with pressure 40kgf/cm2 using a magnetic field press in 3.6 kG magnetic field. Samples were sintered using the High Temperature Furnace at 1100, 1150, 1200 and 1250oC for 2 hours. Samples were characterized on physical properties (bulk density, porosity), the microstructure analysis using XRD and magnetic properties using the VSM. It was found that the additive 3 wt. % FeMn with 1200oC as the sintering temperature (2 hours) has the highest magnetic and physical properties where the bulk density at 4.81 g/cm3, porosity at 20%, the saturation at 63.49 emu/g, remanence at 31.45 emu/g, coercivity at 3 kOe, and BHmax = 630 kGOe.

(9)

DAFTAR ISI

2.2.3 Saturasi Magnetisasi 7 2.2.4 Medan Anisotropi 7 2.2.5 Temperatur Curie (Tc) 8

2.3 Bahan Magnetik 8

2.3.1 Bahan Diamagnetik 8 2.3.2 Bahan Paramagnetik 9 2.3.3 Bahan Ferromagnetik 10 2.4 Jenis-jenis Material Magnet 11 2.4.1 Material Magnetik Keras 11 2.4.2 Meterial Magnetik Lunak 11

2.5 Kurva Histeresis 12

2.6 Energi Produk Maksimum (BH)max 13

2.7 Barium Heksaferit (BaFe12O19) 15

2.8 FeMn (ferromangan) 16

2.9 Metalurgi Serbuk 16

2.9.1 Pencampuran (Mixing) 17 2.9.2 Pencetakan (kompaksi) 17

2.9.3 Sintering 18

(10)

2.9.3.2 Difusi Permukaan 19 2.9.3.3 Eleminasi Porositas 20 2.10 Efek Sintering terhadap Sampel 20 2.11 Karakterisasi Material Magnet 21

2.11.1 Sifat Fisis 21 2.11.3 Uji sifat magnet menggunakan Vibrating Sampel

Magnetometer (VSM) 24

BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Peneitian 26 3.1.1 Tempat Penelitian 26 3.1.2 Waktu Penelitian 26 3.2 Alat dan Bahan Penelitian 26

3.2.1 Alat 26

3.2.2 Bahan 28

3.3 Diagram Alir Penelitian 28 3.4 Prosedur Penelitian 29 3.4.1 Preparasi Sampel 29

3.4.7 Karakterisasi Sampel Uji 34 3.4.7.1 Uji Densitas 34 3.4.7.4 Vibrating Sample Magnetnometer (VSM) 37 3.4.7.5 Flux density 38

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Sifat fisis BaFe12O19 dengan aditif FeMn 39

4.1.1 Pengujian densitas serbuk (true density) 39 4.1.2 Pengujian bulk density 40 4.1.3 Pengujian porositas 41 4.2 Sruktur mikro BaFe12O19 dengan aditif FeMn 42

4.2.1 Analisis distribusi partikel menggunakan Optical

(11)

4.2.2 Analisis diameter pori sampel BaFe12O19 dengan

aditif FeMn 46

4.2.3 Analisis X-Ray Diffraction (XRD) 49 4.3 Sifat Magnet BaFe12O19 dengan aditif FeMn 50

4.3.1 Analisis Vibrating Sample Magnetometer (VSM) 50 4.3.2 Pengujian flux density 54

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan 56

5.2 Saran 56

DAFTAR PUSTAKA 57

(12)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

Tabel

2.1 Fase Ferit Heksagonal 15

4.1 Data hasil pengujian true density bahan BaFe12O19– FeMn 39

4.2 Data hasil pengukuran ukuran diameter rata-rata partikel 45 4.3 Data hasil analisis OM sampel BaFe12O19 dengan aditif 3

dan 7%wt. FeMn yang disinter selama 2 jam 48 4.4 Data hasil analisis VSM serbuk dan sampel yang telah disinter

pada suhu 1200oC (2 jam) dari bahan magnet BaFe12O19

(13)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

Gambar

2.1 Arah domain-domain dalam bahan paramagnetik sebelum diberi medan magnet luar 9 2.2 Arah domain dalam bahan paramagnetik setelah diberi

medan magnet luar 9

2.3 Kurva Magnetisasi 11

2.4 Kurva Histeresis 13

2.5 Kurva (BH) Vs µ0H 14

2.6 Struktur kristal BaFe12O19 dimana ion Ba diwakili dalam

warnahijau, ion Fe warna biru, dan O warna merah 15 2.7 Pengaruh suhu sintering pada (1) Porositas, (2) Densitas,

(3) Tahanan listrik, (4) Kekuatan, dan (5) Ukuran butir 20 3.1 Diagram Alir Penelitian 29

3.8 Rangkaian peralatan Archimedes 35 3.9 Vibrating Sample Magnetometer 37

3.10 Gaussmeter 38

4.1 Hubungan pengujian bulk density terhadap suhu sinteringdari bahan magnet BaFe12O19 dengan aditif 3 dan 7 % wt. FeMn 40

4.2 Hubungan porositasterhadap suhu sinteringdari bahan

magnet BaFe12O19 dengan aditif 3 dan 7 % wt. FeMn 41

4.3 (a). Foto serbuk BaFe12O19 menggunakan OM dengan

perbesaran 400x 42

(b). Gambar pengambilan area untuk mengukur diameter

partikel menggunakan software ImageJ 42 4.4 Histogram distribusi partikel serbuk BaFe12O19 43

4.5 (a). Foto sebuk FeMn menggunakan OM dengan

perbesaran 400x 43

(b). Gambar pengambilan area untuk mengukur diameter

partikel menggunakan software ImageJ 43 4.6 Histogram distribusi partikel serbuk FeMn 43 4.7 (a). Foto serbuk BaFe12O19 dengan aditif 3%wt. FeMn

menggunakan OM perbesaran 400x 44 (b). Gambar pengambilan area untuk mengukur diameter

(14)

aditif 3%wt. FeMn 44 4.9 (a). Foto serbuk BaFe12O19 dengan aditif 7%wt. FeMn

menggunakan OM perbesaran 400x 44 (b). Gambar pengambilan area untuk mengukur diameter

partikel menggunakan software ImageJ 44 4.10 Histogram distribusi partikel serbuk BaFe12O19 dengan

aditif 7%wt. FeMn 45

4.11 Foto sampel BaFe12O19 dengan aditif 3%wt FeMn. yang

disinter pada suhu 1100oC (a). perbesaran 400x 46

(b). perbesaran 40x 46

(c). Hasil gambar outline menggunakan software ImageJ 46 4.12 Foto sampel BaFe12O19 dengan aditif 7%wt FeMn. yang

(c). Hasil gambar outline menggunakan software ImageJ 48 4.19 Pola XRD dari

(a).sampel BaFe12O19 dengan penambahan aditif 7%wt.

FeMn yang disintering pada suhu 1200oC (2 jam) 49 (b).sampel BaFe12O19 dengan penambahan aditif 3% wt.

FeMn yang disintering pada suhu 1200oC (2 jam) 49 (c). serbuk BaFe12O19 49

(d).serbuk FeMn 49

4.20 Kurva Histeresis serbuk BaFe12O19 50

(15)

3% wt.FeMn 51 4.22 Kurva Histeresis serbuk BaFe12O19 dengan penambahan

7% wt.FeMn 51

4.23 Kurva Histeresissampel pelet BaFe12O19 dengan penambahan

3% wt.FeMn yang disinter pada suhu 1200oC 52 4.24 Kurva Histeresis sampel pelet BaFe12O19 dengan penambahan

7% wt FeMn 52

4.25 Kurva demagnetisasi pada kuadran kedua dari sampel BaFe12O19 dengan penambahan 7%wt FeMn yang

disinter pada suhu 1200oC (2 jam) 53 4.26 Hubungan flux density terhadap suhu sinteringdari bahan

magnet BaFe12O19 dengan aditif 3 dan 7 % wt. FeMn 55

(16)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul

Lampiran

1 Foto Peralatan dan Bahan Penelitian 2 Data-Data Hasil Pengukuran Densitas

3 Data Pengukuran Diameter Partikel Serbuk Menggunakan Software ImageJ

4 Data Pengukuran Diameter Pori Sampel Pelet Menggunakan Software ImageJ

5 Hasil Pengujian VSM 6 Hasil Pengujian XRD

7 Data Hasil Pengukuran Nilai BHmax