Pengaruh Waktu Wet Milling Flakes Ndfeb Untuk Pembuatan Bonded Magnet Terhadap Sifat Fisis, Mikrostruktur, Sifat Magnet

23 

Teks penuh

(1)

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengertian Magnet

Magnet adalah logam yang dapat menarik besi atau baja dan memiliki medan

magnet. Asal kata magnet diduga dari kata magnesia yaitu nama suatu daerah di

Asia kecil. Menurut cerita di daerah itu sekitar 4.000 tahun yang lalu telah ditemukan

sejenis batu yang memiliki sifat dapat menarik besi atau baja atau campuran logam

lainnya. Benda yang dapat menarik besi atau baja inilah yang disebut magnet

(Suryatin, 2008). 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, yaitu: utara dan

selatan. Kutub magnet adalah daerah yang berada pada ujung-ujung magnet dengan

kekuatan magnet yang paling besar berada pada kutub-kutubnya (Afza, 2011).

Benda dapat dibedakan menjadi dua macam berdasarkan sifat kemagnetannya

yaitu benda magnetik dan benda non-magnetik. Benda magnetik adalah benda yang

dapat ditarik oleh magnet, sedangkan benda non-magnetik adalah benda yang tidak

dapat ditarik oleh magnet (Suryatin, 2008). Contoh benda magnetik adalah logam

seperti besi dan baja, namun tidak semua logam dapat ditarik oleh magnet,

sedangkan contoh benda non-magnetik adalah oksigen cair. Satuan intensitas magnet

menurut sistem metrik Satuan Internasional (SI) adalah Tesla dan SI unit untuk total

fluks magnetik adalah weber (1 weber/m2= 1 tesla) yang mempengaruhi luasan satu

meter persegi (Afza, 2011).

2.2 Medan Magnet

Medan magnet adalah daerah di sekitar magnet yang masih merasakan

adanya gaya magnet. Jika sebatang magnet diletakkan dalam suatu ruang, maka

(2)

terdapat medan magnetik. Arah medan magnetik suatu ruangan didefinisikan sebagai

arah yang ditunjukkan oleh kutub utara jarum kompas yang diletakkan di sekitar

medan magnet tersebut (Afza, 2011).

2.3 Bahan Magnetik

Bahan magnetik adalah suatu bahan yang memiliki sifat kemagnetan dalam

komponen pembentuknya. Berdasarkan perilaku molekulnya di dalam Medan

magnetik luar, bahan magnetik terdiri dari: Diamagnetik, Paramagnetik,

Feromagnetik, Anti Ferromagnetik dan Ferrimagnetik.

2.4 Bahan Diamagnetik

Bahan magnetik dibedakan menjadi tiga macam yaitu diamagnetik,

paramagnetik, dan feromagnetik. Diamagnetik merupakan sifat penolakan terhadap

gaya tarik magnet. Sifat ini disebabkan oleh medan magnet luar dan gerakan elektron

yang mengorbit inti. Elektron-elektron yang membawa muatan akan melakukan gaya

Lorenz pada saat bergerak melewati medan magnet. Efek gaya tarik magnet pada

bahan diamagnetik lebih kecil 100 kali dari paramagnetik dan 1000 kali dari

feromagnetik. Contoh bahan diamagnetik adalah air (Sunaryo dan Widyawidura,

2010).

2.3.1 Bahan Paramagnetik

Bahan paramagnetik adalah bahan yang ditarik lemah oleh magnet. Hal ini

muncul karena elektron seolah-olah berputar (spin) di sekitar sumbunya sambil

mengorbit inti atom yang menyebabkan spin magnetik sebagai tambahan dari

momen orbital magnetiknya. Momen magnetik total sebuah atom diberikan oleh

penjumlahan vektor dari momen-momen elektroniknya. Jika momen magnetik, spin,

dan orbital pada sebuah atom saling menghilangkan, maka atom tersebut memiliki

momen magnetik 0 yang disebut sifat diamagnetik. Jika penghilangannya hanya

sebagian maka atom akan memiliki momen magnetik permanen yang disebut sifat

paramagnetik. Contoh bahan paramagnetik adalah biotite, pyrite, dan siderite

(Sunaryo dan Widyawidura, 2010). Bahan ini jika diberi medan magnet luar,

elektron-elektronnya akan berusaha sedemikian rupa sehingga resultan medan

(3)

ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang menjadi terarah oleh medan magnet

luar (Afza, 2011).

Gambar 1. Arah domain bahan paramagnetik sebelum diberi medan magnet luar

Gambar 2. Arah domain bahan paramagnetik setelah diberi medan magnet luar

2.3.2 Bahan Ferromagnetik

Feromagnetik lebih kuat dibandingkan dengan diamagnetik dan

paramagnetik. Sifat ini secara khusus berhubungan dengan unsur besi, nikel, cobalt,

dan mineral-mineral besi oksida. Atom-atom besi akan menghasilkan sebuah momen

magnetik pada empat magneton Bohr karena subkulit 3d yang tidak terisi. Pada kisi

kristal material feromagnetik, atom-atom yang berdekatan akan saling mendekati

dalam waktu yang bersamaan secara tepat sehingga beberapa orbit elektronnya akan

overlapping danterjadi interaksi yang kuat. Fenomena ini disebut dengan exchange

couping dimana momen-momen magnetic dari sebuah atom di dalam kisi terarahkan

dan memberikan magnetisasi yang kuat (Sunaryo dan Widyawidura, 2010).

2.3.3 Bahan Anti Ferromagnetik

Bahan yang menunjukkan sifat antiferomanetik, momen magnetik atom atau

(4)

dengan tetangga spin (pada sublattice berbeda) menunjuk ke arah yang berlawanan.

Hal ini seperti ferromagnetik dan ferrimagnetik,suatu bentuk dari keteraturan

magnet. Umumnya, keteraturan antiferromagnetik berada pada suhu yang cukup

rendah, menghilang pada di atas suhu tertentu. Suhu Neel adalah suhu yang

menandai perubahan sifat magnet dari antiferromagnetik ke paramagnetik. Di atas

suhu Neel bahan biasanya bersifat paramagnetik. Pada bahan antiferromagnetik

terjadi peristiwa kopling momen magnetik di antara atom-atom atau ion-ion yang

berdekatan. Peristiwa kopling tersebut menghasilkan terbentuknya orientasi spin

yang anti paralel. Satu set dari ion magnetik secara spontan termagnetisasi di bawah

temperatur kritis (dinamakan temperature Neel).

Temperatur menandai perubahan sifat magnet dari antiferromagnetik ke

paramagnetik. Susceptibilitas bahan anti ferromagnetik adalah kecil dan bernilai

positif. Susceptibilitas bahan ini di atas temperatur Neel juga sama seperti material

paramagnetik, tetapi di bawah temperatur Neel, susceptibilitasnya menurun seiring menurunnya temperatur. (Matthew,2013).

2.3.4 Bahan Ferrimagnetik

Material Ferrimagnetik seperti ferrit (misalnya Fe3O4) menunjukkan sifat

serupa dengan material ferromagnetik untuk temperatur di bawah harga kritis yang

disebut dengan temperatur Curie, TC. Pada temperatur di atas TC maka material

ferrimagnetik berubah menjadi paramagnetik. Ciri khas material ferrimagnetik adalah adalah adanya momen dipol yang besarnya tidak sama dan berlawanan arah.

Sifat ini muncul karena atom-atom penyusunnya (A dan B) mempunyai dipole

dengan ukuran yang berbeda dan arahnya berlawanan. Material ini dapat mempunyai

magnetisasi walau dalam keadaan tanpa medan luar sekalipun. Material

ferrimagnetik seperti ferrit biasanya non konduktif dan bebas losses arus.

Ferimagnetik,material yang memiliki susceptibilitas yang besar tergantung

temperatur.

2.4 Klasifikasi Magnet Material

Klasifikasi secara sederhana dari material ferromagnetik berdasarkan

koersivitasnya dapat dibedakan menjadi dua yaitu soft magnetik material dan hard

(5)

disebut sebagai hard magnetik material sedangkan untuk material yang mempunyai

nilai koersivitas yang rendah disebut sebagai soft magnetik material.

Untuk hard magnetik material adalah material yang mempunyai nilai

koersivitas di atas 10 kA/m sedangkan untuk soft magnetik material adalah material

yang mempunyai nilai koersivitas di bawah 10 kA/m. (Hasan,2008).

2.4.1 Magnet Permanent

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. Jenis magnet permanen yang

diketahui terdapat pada :

1. Magnet Neodymium, merupakan magnet tetap yang paling kuat. Magnet

neodymium ( juga dikenal sebagai NdFeB, NIB, atau magnet Neo),

merupakan sejenis magnet tanah jarang terbuat dari campuran logam neodymium.

2. Magnet Samarium – Cobalt : salah satu dari dua jenis magnet bumi yang

langka, merupakan magnet permanen yang kuat tebuat dari paduan samarium

cobalt.

3. Magnet Keramik, misalnya Barium Hexaferrite .

4. Plastic Magnet dan Magnet Alnico

2.4.2 Magnet Permanen NdFeB

Magnet NdFeB adalah jenis magnet permanen rare earth (tanah jarang) yang

memiliki sifat magnet yang baik, seperti pada nilai induksi remanen, koersitifitas,

dan energy produk yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan magnet permanen

lainnya.

`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

(6)

ini juga dapat menggantikan penggunaan magnet Samarium Cobalt, khususnya penggunaan pada suhu kurang dari 80˚ω. (Irasari & Idayanti, 2007)

2.4.3 Unsur pemadu pada Magnet NdFeB

Paduan merupakan dari beberapa unsur pada skala mikrosopik, seperti pada

penyusunan magnet NdFeB juga terdiri dari beberapa unsur pemadu yaitu Nd, Fe, dan

B.

2.4.3.1 Neodymium

Neodymium merupakan salah satu dari unsur tanah jarang yangmemiliki

symbol Nd dan nomor atom 60. Neodymium ditemukan pada tahun 1885 oleh

kimiawan Jerman Carl Auer von Welsbach. Neoymium tidak ditemukan secara alami

dalam bentuk logam, namun dalam bentuk mineral yang merupakan campuran

oksida.Meskipun neodymium digolongkan sebagai unsur "tanah jarang", namun

Neodymium merupakan unsur yang cukup umum, tidak jarang dari kobalt, nikel, dan

tembaga, dan tersebar luas di kerak bumi. Sebagian besar neodymium dunia

ditambang di Cina. Unsur ini termasuk kedalam kelompok unsur lantanida atau

lanthanos.

Unsur – unsur lantanida atau lanthanos dikenal dengan nama fourteen

elements, karena jumlahnya 14 unsur, seperti Cerium (Ce), Praseodymium (Pr),

Neodymium (Nd), Promhetium (Pm), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium

(Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm),

Yterbium (Yb), dan Lutetium (Lu). Unsur ini digunakan dalam keramik untuk warna

glasir, dalam paduan untuk magnet permanen, untuk lensa khusus dengan praseodymium.Juga untuk menghasilkan terang kaca ungu dan kaca khusus yang

menyaring radiasi inframerah.

(7)

Tabel 1. Informasi Dasar unsur Neodymium

Nama Unsur Neodymium

Simbol Nd

Nomor Atom 60

Massa Atom 144.24 g/mol

Titik Didih 3400.15 K

Titik Lebur 1283.15 K

Struktur Kristal Hexagonal

Warna Perak

Konfigurasi elektron [Xe] 6S24f4

2.4.3.2 Besi (Fe)

Besi adalah logam transisi yang paling banyak dipakai karena relatif

melimpah di alam dan mudah diolah. Biji besi biasanya mengandung hematite

(Fe2O3) yang dikotori oleh pasir (SiO2) sekitar 10 %, serta sedikit senyawa sulfur, posfor, aluminium dan mangan.(Syukri ,1999). Besi juga diketahui sebagai unsur

yang paling banyak membentuk bumi, yaitu kira-kira 4,7 - 5 % pada kerak bumi.

Kebanyakan besi terdapat dalam batuan dan tanah sebagai oksida besi, seperti oksida besi magnetit (Fe3O4) mengandung besi 65 %, hematite (Fe2O3) mengandung 60 –

75 % besi, limonet (Fe2O3.H2O) mengandung besi 20 % dan siderit (Fe2CO3). Dari

mineral – mineral bijih besi, magnetit adalah mineral dengan kandungan Fe paling

tinggi, tetapi terdapat dalam julah kecil. Sementara hematite merupakan mineral bijih

utama yang dibutuhkan dalam industry besi. Dalam kehidupan, besi merupakan

logam paling biasa digunakan dari pada logam-logam yang lain. Hal ini disebabkan

karena harga yang murah dan kekuatannya yang baik serta penggunaannya yang

luas.

(8)

Tabel 2 Informasi Dasar Unsur Besi

Nama Unsur Besi

Simbol Fe

Nomor Atom 26

Massa Atom 55.845 g/mol

Titik Didih 3134 K

Titik Lebur 1811 K

Struktur Kristal BCC (Body Centered Cubic)

Warna Perak Keabu-abuan

Konfigurasi elektron [Ar] 6d64s2

2.4.3.3Boron (B)

Boron adalah unsur golongan 13 dengan nomor atom lima. Boron memiliki

sifat diantara logam dan nonlogam (semimetalik). Boron lebih bersifat

semikonduktor daripada sebuah konduktor logam lainnya. Boron juga merupakan

unsur metaloid dan banyak ditemukan dalam bijih borax. Unsur ini Tidak pernah

ditemukan bebas dalam alam.

Gambar 5. Struktur Atom Unsur Boron Tabel 3 Informasi Dasar Unsur Boron

Nama Unsur Boron

Simbol B

Nomor Atom 5

Massa Atom 10.811 g/mol

(9)

Titik Lebur 2349 K

Struktur Kristal Rhombohedral (Trogonal)

Warna Hitam

Konfigurasi elektron [He] 2s22p1

2.4.4 Bonded Magnet NdFeB

Bonded magnet merupakan magnet komposit yang dibuat dari serbuk magnet

yang dicampur dengan bahan matriks ( pengikat/binder) yang bersifat non magnet. Adapun fungsi dari matriks adalah untuk menyatukan butiran serbuk menjadi satu

kesatuan dalam bentuk komposit. Selain itu, bahan matriks sangat berpengaruh

terhadap sifat mekanik, listrik, maupun stabilitas termal dari magnet komposit.

Banyak material magnet kuat juga digunakan untuk membuat magnet komposit,

seperti menggunakan logam atau matriks polimer. Tentunya pemakaian logam lebih

mahal dari pada matriks polimer.

Magnet ini biasanya memainkan peran yang penting dan terus berkembang

diantara magnet permanen komersial yang tersedia saat ini. Pada bonded magnet ini,

serbuk magnet diikat dengan polimer. Biasanya serbuk magnet yang sering

digunakan adalah strontium atau barium ferrit dan neodymium-besi-boron atau

samarium-kobalt. Sedangkan polimer yang digunakan adalah resin, celuna bahkan

logam dengan suhu leleh rendah. (Marlina H.A, 2013).

2.4.5 Karakterisasi Magnet NdFeB Terhadap Temperatur

Magnet NdFeB mudah di demagnetisasi pada temperature tinggi., artinya

sifat kemagnetan NdFeB mudah hilang pada temperature tinggi, tetapi akan

meningkat pada temperature rendah. Pada Tabel diatasdapat dilihat bahwa

temperature operasi maksimum adalah 2000C.

Beberapa cara yang dapat mempengaruhi agar magnet ini dapat digunakan

pada temperatur tinggi yaitu bentuk geometri. Magnet dengan bentuk yang lebih tipis

akan lebih mudah didemagnetisasi dibandingkan dengan bentuk yang lebih tebal.

Bentuk magnet piring datar dan yokes lebih direkomendasikan untuk digunakan pada

(10)

2.4.5 Fabrikasi Magnet NdFeB

Magnet NdFeB biasanya dibuat dengan cara teknologi logam serbuk (powder

metallurgy). Magnet ini dapat dibuat dengan 3 cara yaitu :

1. Teknik sintering, yaitu dengan cara teknologi logam serbuk yaitu dengan

cara milling, dicetak, sintering, surface treatment, magnetisasidan

dihasilkan produk akhir. Magnet yang dihasilkan dengan teknik ini

menghasilkan energi produk (BHmax) yang paling tinggi.

2. Teknik Compression bonded, yaitu dengan cara mencampurkan serbuk

NdFeB dengan suatu binder/pelumas, dikompaksi dan kemudian

dipanaskan. Energy produk yang dihasilkan dengan teknik ini lebih rendah

bila dibandingkan dengan cara teknik sintering.

3. Teknik Injetion molding, yaitu dengan cara mencampurkan serbuk NdFeB

dengan suatu binder/pelumas dan kemudian diinjeksi. Energi produk yang

dihasilkan dengan cara teknik ini lebih rendah dibandingkan dengan teknik sintering dan teknik Compression bonded.( Novrita I, 2006)

2.4.7 Sifat – Sifat Magnet Permanen

Sifat – sifat kemagnetan permanen magnet dipengaruhi oleh kemurnian

bahan, ukuran bulir (grain size), dan orientasi kristal. Parameter kemagnetan juga

dipengaruhi oleh temperatur. Koersivitas dan remenensi akan berkurang apabila

temperaturnya mendekati temperatur curie (Tc) dan akan kehilangan sifat

kemagnetannya (Taufik, 2006).

2.4.7.1 Koersivitas

Induksi suatu bahan dapat dikurangi hingga mencapai nol dengan

memberikan medan magnet luar yang berlawanan sebesar Hc pada bahan itu. Medan

magnet Hc itu disebut koersifitas. Koersifitas sangat tergantung pada keadaan

sampel, yaitu dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti perlakuan panas maupun

deformasi. Seperti halnya dengan remanen, perbedaan pengertian dibuat antara

medan koersif dan koersifitas. Medan koersif adalah kuat medan magnet yang

diperlukan untuk mengurangi magnetisasi atau induksi magnetik sampai mencapai

(11)

Sedangkan koersifitas adalah kuat medan magnetik yang diperlukan untuk

menurunkan magnetisasi atau induksi magnetik sampai nol dari keadaan magnetisasi

jenuh. Koersifitas intrinsik dilambangkan dengan Hci adalah kuat medan magnet

pada saat magnetisasi dikurangi sampai nol. Pada bahan soft magnetic Hc dan Hci

bernilai hampir sama, dan biasanya tidak perlu ada pembedaan diantara keduanya.

Sedang pada bahan hard magnetic terdapat perbedaan nyata antara Hc dan Hci.

Koersifitas (Hc) adalah kuat medan magnet eksternal yang diperlukan untuk

membuat induksi magnetic sampel menjadi nol sedangkan koersifitas intrinsik (Hci)

adalah kuat medan magnetic eksternal yang diperlukan untuk membuat magnetisasi

bahan menjadi nol (Ahmad Y, 2006).

Gambar 6 Perbedaan koersifitas dan koersifitas intrinsik

Koersivitas digunakan untuk membedakan hard magnet atau soft magnet. Semakin

besar gaya koersivitasnya maka semakin keras sifat magnetnya. Bahan dengan

koersivitas tinggi berarti tidak mudah hilang kemagnetannya. Tinggi koersivitas, juga

disebut medan koersif, dari bahan feromagnetik. Koersivitas biasanya diukur dalam Oersted atau ampere / meter dan dilambangkan Hc (Pooja, 2010).

2.4.7.2 Remanen

Magnetisasi remanen adalah magnetisasi yang masih tersisa ketika medan

magnet luar dikurangi hingga nol atau remanensi terjadi pada saat intensitas medan magnetik H berharga nol dan medan magnet B menunjukkan harga tertentu. Dalam

penggunaannya, istilah remanen (remanence) dibedakan dengan remanent . Istilah

remanen digunakan untuk menggambarkan keadaan magnetisasi atau induksi yang

(12)

hingga nol, sedang magnetisasi remanent digunakan untuk menyatakan keadaan

magnetisasi yang tersisa setelah bahan mengalamani magnetisasi pada tingkat

sembarang lalu medan magnet dikurangi hingga nol. Oleh karena itu remanen

menjadi batas atas untuk remanent. Bagaimanapun juga koersivitas sangat

dipengaruhi oleh nilai remanensinya. Oleh karena itu besar nilai remanensi yang

dikombinasikan dengan besar koersivitas pada magnet permanen menjadi sangat

penting (Jiles, 1996).

2.5 Mecahnical Milling

Mechanical Milling atau dipendekkan milling adalah suatu penggilingan

mekanik dengan suatu proses penggilingan bola dimana suatu serbuk yang

ditempatkan dalam suatu wadah penggilingan di giling dengan cara dikenai benturan

bola-bola berenergi tinggi. Proses ini merupakan metode pencampuran yang dapat

menghasilkan prosuk yang sangat homogen. Proses milling disini selain bertujuan untuk memperoleh campuran yang homogen juga dapat memperoleh partikel

campuran yang realtif lebih kecil sehingga dapat diharapkan sifat magentic dari

bahan NdFeB. (F. Izuni, 2012)

Dalam mekanik milling serbuk akan dicampur dalam suatu chamber

(ruangan) dan dikenai energi tinggi terjadi deformasi yang berulang –ulang sehingga

terjadi partikel – partikel yang lebih kecil dari sebelumnya. Akibat dari tumbukkan

pada tiap tipe dari unsur partikel serbuk akan menghasilkan bentuk yang berbeda

juga, untuk bahan yang ulet, sebelum terjadi fracture akan mnjadi flat atau pipih

terlebih dahulu, sedangkan untuk bahan yang getas akan langsung terjadi fracture

dan menjadi partikel serbuk yang lebih kecil. Saat dua bola bertumbukan berulang

ulang menyebabkan terjadinya penggabungan alloying.(Suryanarayana ,2003).

Proses Milling memiliki dua metode yaitu : Metode Dry Milling dan Metode

Wet Milling. Dalam metode dry milling proses milling untuk menghindari terjadinya

proses oksidasi dilakukan pemberian gas innert seperti argon atau nitogen.

Sedangkan dalam wet milling untuk menghindari terjadinya oksidasi maka selama

proses milling diberi campuran toulene.

(13)

2.5.1 Tipe Milling

Tipe-tipe milling berbeda dari peralatan milling yang digunakan untuk

menghaluskan ukuran partikel serbuk. Perbedaannya terletak pada kapasitasnya,

efisiensi milling, dan kecepatan putar jar milling. Tipe – tipe milling tersebut, antara

lain : Rotary Ball Mill, High Energy Milling, SPEX Shaker Milling, Ball Mill

Planetary Ball Mill, Attritor Mill. Namun pada penelitian ini tipe milling yang

digunakan untuk menghaluskan partikel serbuk NdFeB adalah High Energi Milling.

High energy milling adalah salah satu jenis mesin penggiling yang digunakan

untuk menggiling suatu bahan material menjadi bubuk yang sangat halus. Cara kerja

mesin ini sangat sederhana. Mesin akan memutar wadah yang berisi bola-bola

penghancur untuk menggiling bahan partikel yang akan dibuat menjadi partikel nano.

Konsepnya adalah meningkatkan peluang penghancuran dengan membuat gerakan

bola-bola yang saling berbenturan dalam jumlah yang sangat banyak. Dengan alat ini

waktu penelitian bisa dipangkas, peneliti tidak perlu lagi menunggu sampai berjam-jam untuk satu seri eksperimen.

Selain mempersingkat waktu milling, high energy milling dapat

menghasilkan partikel nano akibat tingginya frekuensi tumbukan. Tingginya

frekuensi tumbukan yang terjadi antara campuran serbuk dengan bola –bola giling

disebabkan karena wadahnya yang berputar dengan kecepatan tinggi. (Nurul T. R.

Agus S , 2007).

2.5.2 Bahan Baku

` Bahan baku yang digunakan dalam proses penggilingan adalah serbuk.

Ukuran serbuk yang digunakan umumnya berkisar antara 1 mm – 20 mm. Semakin

kecil ukuran partikel yang digunakan, maka proses penggilingan akan semakin

efektif dan efisien. Selain itu serbuk yang digunakan juga harus memiliki kemurnian

yang sangat tinggi. Namun ukuran tidakalah terlalu kritis, asalkan ukuran material itu

haruslah lebih kecil dari ukuran bola grinda. Ini disebabkan karena ukuran partikel

serbuk akan berkurang dan akan mencapai ukuran mikron setelah dimilling beberapa

jam. Selain itu serbuk yang dimilling dengan cairan misalanya dengan toluene dan

dikenal dengan penggilingan basah. Dan telah dilaporkan bahwa kecepatan atmosfir

(14)

Kerugian dari penggilingan basah adalah meningkatnya kontaminasi serbuk .(C

.Suryanarayana, 2001).

2.5.3 Ball Mill

Fungsi bola gilling dalam proses penggilingan adalah sebgai penghancur

serbuk atau digunakan sebagai pengecil ukuran partikel serbuk NdFeB. Oleh karena

itu, material pembentuk bola giling harus memiliki kekerasan yang tinggi agar tidak

terjadi kontaminasi saat terjadi benturan dan gesekan antara serbuk , bola dan wadah

penggilingan. Ukuran bola yang dapat digunakan dalam prose milling ini bermacam –macam. Pemilihan ukuran bola bergantung pada ukuran serbuk yang akan dipadu. Bola yang akan digunakan harus memilki diameter yang lebih besar dibandingkan

dengan diameter serbuknya.

Rasio berat bola serbuk / ball powder ratio (BPR) adalah variabel yang

penting dalam proses milling, rasio berat – serbuk mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap waktu yang dibutuhkan untuk mencapai fasa tertentu dari bubuk

yang dimilling. Semakin tinggi BPR semakin pendek waktu yang dibutuhkan. Hal ini

dikarenakan peningkatan berat bola tumbukkan persatuan waktu meningkat dan

konsekuensinya adalah banyak energi yang ditransfer ke partikel sebuk dan proses

milling berjalan lebih cepat.

2.5.4 Wadah Penggilingan

Wadah penggilingan merupakan media yang akan digunakan untuk menahan

gerakan bola – bola giling dan serbuk ketika proses penggilingan berlangsung.

Akibat yang ditimbulkan dari proses penahan gerak bola –bola giling dan serbuk

tersebut adalah terjadinya benturan antara bola – bola giling, serbuk dan wadah

penggilingan sehingga menyebabkan terjadinya proses penghancuran serbuk. (C.

Suryanarayana , 2001 ).

2.5.5 Kecepatan Milling

Besar kecepatan maksimum tiap tipe milling akan berbeda, ketika perputaran

ball mill semakin cepat, maka energi yang dihasilkan juga akan semakin besar.

Tetapi disamping itu, design dari milling ada pembatasan kecepatan yang harus

(15)

mengakibatkan bola yang ada di dalam chamber juga akan semakin cepat

pergerakannya, tenaga yang dihasilkan juga besar. Tapi jika kecepatan melebihi

kecepatan kritis maka akan terjadi pinned pada dinding bagian dalam sehingga bola –

bola tidak jatuh sehingga tidak menghasilkan gaya impact yang optimal. Hal ini akan

berpengaruh ke waktu yang dibutuhkan untuk mencapai hasil yang diinginkan.

(Suryanarayana , 2003).

2.5.6 Waktu Milling

Waktu Milling merupakan salah satu parameter yang penting utuk milling

pada serbuk. Pada umumnya waktu dipilih untuk mencapai posisi tepatnya antara

pemisahan dan pengelasan partikel serbuk untuk memudahkan mamadukan logam.

Variasi waktu yang diperlukan tergantung pada tipe milling yang digunakan ,

pengaturan milling, intensitas milling BPR, dan temperatur pada milling. Pada

umumnya dihitung waktu yang diambil untuk mencapai kondisi yang tepat, yaitu

jangka pendek untuk energi milling yang tinggi, dan jangka waktu lama ketika

dengan energi milling yang rendah. Waktu yang dibutuhkan lebih sedikit untuk BPR

dengan nilai – nilai yang tinggi dan waktu yang lama untuk BPR dengan nilai

rendah. (Suryanarayana , 2003).

2.6 Proses Kompaksi

Penekanan adalah salah satu cara untuk memadatkan serbuk menjadi bentuk yang diinginkan. Terdapat beberapa metode penekanan, diantaranya, penekanan

dingin (cold compaction) dan penekanan panas (hot compaction). Penekanan

terhadap 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.

Ada 2 macam metode kompaksi, yaitu :

a.Cold Compressing ,yaitu pendekatan dengan temperatur kamar.

Metode ini dipakai apabila bahan yang digunakan mudah teroksidasi.

b.Hot Compressing ,yaitu penekanan dengan temperature diatas temperature kamar.

(16)

Pada proses kompaksi, gaya gesek yang terjadi antar partikel yang digunakan

dan antar partikel komposit dengan dinding cetakan akan mengakibatkan kerapatan

pada daerah tepi dan bagian tengah tidak merata. Dan untuk menghindari terjadinya

perbedaan kerapatan, maka pada saat kompaksi digunakan pelumas yang bertujuan

untuk mengurangi gesekan antara partikel dan dinding cetakan.

2.7 Karakterisasi

Untuk mengidentifikasi suatu material , maka harus dilakukan karakterisasi

terhadap material tersebut. Sehingga secara fisis material tersebut dapat dibedakan

dengan material lainnya. Oleh karena itu maka dilakukan analisa ukuran partikel

serbuk NdFeB menggunakan PSA,Analisa struktur serbuk magnet NdFeB dengan

XRD, pengamatan mikrostruktur magnet NdFeB menggunakan OM, analisa sifat

magnet pelet magnet NdFeB menggunakan Gaussmeter, Analisa sifat magnetik

bahan dengan menggunakan VSM.

2.7.1 Particle Size Analyzer (PSA)

Ada beberapa cara yang bisa digunakan untuk mengeathuui ukuran suatu

partikel yaitu :

1. Metode Ayakan (Sieve Analyses)

2. Laser Diffraction ( LAS)

3. Metode Sedimentasi

4. Electronical Zone Sensing (EZS)

5. Metode Kromotografi

6. Analisa Gambar (Mikrografi)

7. Ukuran Aerosol submicron 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

(17)

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.

Pengukuran partikel dengan menggunakan PSA biasanya menggunakan

metode basah. Metode ini dinilai lebih akurat jika dibandingkan dengan metode

kering ataupun pengukuran partikel dengan metode ayakan dan analisa gambar.

Terutama untuk sampel-sampel dalam orde nanometer dan submicron yang biasanya

memliki kecenderungan aglomerasi yang tinggi. Hal ini dikarenakan partikel

didispersikan ke dalam media sehingga partikel tidak saling beraglomerasi

(menggumpal). Dengan demikian ukuran partikel yang terukur adalah ukuran dari

single particle. Selain itu hasil pengukuran dalam bentuk distribusi, sehingga hasil

pengukuran dapat diasumsikan sudah menggambarkan keseluruhan kondisi sampel.

Beberapa analisa yang dilakukan, antara lain: 1. Menganalisa ukuran partikel.

2. Menganalisa nilai zeta potensial dari suatu larutan sample

3. Mengukur tegangan permukaan dari partikel clay bagi industri kerami dan

sejenisnya. Dimana hal ini akan berpengaruh pada struktur lapisan clay.

Struktur lapisan clay ini sangat berpengaruh pada metode slip casting.

4. Mengetahui zeta potensial coagulant untuk proses coagulasi partikel pengotor

bagi industri WTP (Water Treatment Plant)

5. Mengetahui ukuran partikel tegangan permukaan dari densitas pada emulsi

yang digunakan pada produk-produk industri beverage.

Keunggulan penggunaan Particle Size Analyzer (PSA) untuk mengetahui ukuran

partikel:

1. Lebih akurat. Pengukuran partikel dengan menggunakan PSA lebih akurat jika

dibandingkan dengan pengukuran partikel dengan alat lain seperti XRD ataupun

SEM. Hal ini dikarenakan partikel didispersikan ke dalam media sehingga ukuran

partikel yang terukur adalah ukuran dari single particle.

2. Hasil pengukuran dalam bentuk distribusi, sehingga dapat menggambarkan

keseluruhan kondisi sample.Rentang pengukuran dari 0,6 nanometer hingga 7

(18)

2.7.2 Densitas

Densitas merupakan ukuran kepadatan dari suatu material atau sering

didefinisikan sebagai perbandingan antara massa (m) dengan volume (v) dalam

hubungannya dapat dituliskan sebagai berikut:

=

(1)

� = densitas (g/cm3) m = massa sampel (g) V = Volume Sampel (cm3)

Densitas bahan merupakan suatu parameter yang dapat memberikan informasi

keadaan fisika dan kimia suatu bahan. ( Firman, 2012)

2.7.3 Uji Difraksi Sinar-X (XRD)

Uji difraksi sinar-X (XRD) dilakukan untuk menentukan fasa yang terbentuk

setelah serbuk mengalami proses kalsinasi. Dari data yang akan dihasilkan dapat

diprediksi ukuran kristal serbuk dengan bantuan software X-powder. Ukuran

kristalin ditentukan berdasarkan pelebaran puncak difraksi sinar-X yang muncul.

Makin lebar puncak difraksi yang dihasilkan maka makin kecil ukuran kristal serbuk.

Gambar 7. Geometri sebuah Difraktometer sinar –X Ada 3 komponen dasar suatu difraktometer sinar X yaitu:

1. Sumber Sinar X

2. Spesimen (Bahan Uji)

3. Detektor sinar X

Ketiganya terletak pada keliling sebuah lingkaran yang disebut lingkaran

(19)

sudut Bragg (Ө). Sudut antara projeksi sumber sinar X dan detektor adalah 2Ө. Atas

dasar ini pola difraksi sinar X yang dihasilkan dengan geometri ini sering dikenal

sebagai penyidikan (scans) Ө- 2Ө (theta-dua theta). Pada geometri Ө-2Ө sumber

sinar X-nya tetap, dan detektor bergerak melalui suatu jangkauan (range) sudut.

Jejari (radius) lingkaran pemfokus tidak konstan tetapi bertambah besar bila

2Өberkurang. Range pengukuran 2Ө biasanya dari 0o hingga sekitar 170o. Pada

eksperimen tidak diperlukan menyidik seluruh sudut tersebut, pemilihan rangenya

tergantung pada struktur kristal material (jika dikenal) dan waktu yang diperlukan

untuk memperoleh pola difraksinya. Geometri Ө - 2Ө umumnya digunakan,

walaupun masih ada geometri yang lain seperti geometri Ө- Ө(theta-theta) dimana

detektor dan sumber sinar-X keduanya bergerak pada bidang vertikal dalam arah

yang berlawanan di atas pusat spesimennya.

Pada beberapa bentuk analisis difraksi sinar-X sampel dapat dimiringkan dan dirotasikan sekitar suatu sumbu (psi). Lingkaran difraktometer pada gambar 7 berbeda dari lingkaran pemfokusnya. Lingkaran difraktometer berpusat pada

specimen dan detektor dengan sumber sinar-X keduanya berada pada keliling

lingkarannya. Jejari lingkaran difraktometer adalah tetap. Lingkaran difraktometer

juga dinyatakan sebagai lingkaran goniometer. Goniometer adalah komponen sentral

dari suatu difraktometer sinar-X dan mengandung pemegang sampel (sample

holder). Pada kebanyakan difraktometer serbuk goniometernya adalah vertical (Kim

S, 2013).

2.7.4 Vibrating Sampel Magnetometer (VSM) a. Vibrating Sampel Magnetometer (VSM)

Vibrating sampel magnetometer merupakan perangkat yang bekerja untuk

menganalisis sifat kemagnetan suatu bahan. Alat ini ditemukan oleh Simon Foner

pada tahun 1955 di Laboratorium Lincoln MIT.

b. Komponen Vibrating Sampel Magnetometer

Vibrating sampel magnetometer mempunyai komponen-komponen tersebut

tersusun membentuk satu set perangkat VSM yang menjalankan fungsinya

(20)

Gambar 8. Komponen vibrating sampel magnetometer (VSM). Berdasarkan gambar 2.8 dapat diuraikan beberapa komponen dari vibrating sampel

magnetometer (VSM), yaitu:

1. Kepala generator: Sebagai tempat melekatnya osilasi sampel yang

dipindahkan oleh transduser piezoelectric.

2. Elektromagnet atau kumparan hemholtz Berfungsi untuk menghasilkan

medan magnet untuk memagnetisasi sampel dan mengubahnya menjadi arus

listrik. Resonansi sampel oleh transduser piezoelectric juga dilairkan

kebagian ini dengan capaian frekuensi sama dengan 75 Hz.

3. Pick-up coil: Berfungsi untuk mengirim sinyal listrik ke amplifier. Sinyal yang telah diinduksi akan ditransfer oleh pickup coil ke input diferensial dari lock-in

amplifier. Sinyal dari pick-up koil terdeteksi oleh lock-in amplifier diukur

sebagai fungsi dari medan magnet dan memungkinkan kita untuk mendapatkan

loop histeresis dari sampel diperiksa. Untuk osilasi harmonik dari sampel, sinyal

(e) induksi di pick-up coil sebanding dengan amplitudo osilasi (K), frekuensi osilasi sampel ( ) dan momen magnet (m) dari sampel yang akan diukur pada vibrating sampel magnetometer (VSM).

4. Sensor hall Digunakan untuk mengubah dan mentransdusi energi dalam

medan magnet menjadi tegangan (voltase) yang akan menghasilkan arus

listrik. Sensor hall juga digunakan untuk mengukur arus tanpa mengganggu

alur arus yang ada pada konduktor. Pengukuran arus ini akan

(21)

5. Sensor kapasitas Berfungsi memberikan sinyal sebanding dengan amplitudo

osilasi sampel dan persediaan tegangan untuk sistem elektronik yang

menghasilkan sinyal referensi. Selanjutnya sinyal akan diberikan kepada

masukan referensi dari lock-in amplifier. Output konverter digital akan

dikirim ke analog (DAC1out) dan output digital (D1out) dari lock-in akan

mengontrol penguat arus yang mengalir melalui elektromagnet dan

menunjukkan arahnya masing-masing.

Selain itu, VSM juga memiliki beberapa komponen pendukung misalnya teslameter

yang berfungsi untuk mengukur medan magnet berdasarkan sinyal yang di transdusi

oleh sensor hall. Alat pendukung lainnya yaitu voltmeter yang berfungsi untuk

mengukur tegangan listrik yang dikirim oleh pick up koil ke amlpifier VSM (M. Arif, 2013)

2.7.5 Mikrostruktur

Analisa mikro adalah suatu analisa mengenai struktur logam melalui

pembesaran dengan menggunakan mikroskop khusus metalografis. Dengan analisa

mikro struktur, kita dapat mengamati bentuk dan ukuran kristal logam, kerusakan

logam akibat proses deformasi, proses perlakuan panas, dan perbedaan komposisi.

Sifat-sifat logam terutama sifat mekanis dan sifat fisis sangat dipengaruhi oleh

mikrostruktur logam dan paduannya, disamping komposisi kimianya. Struktur mikro

dari logam dapat diubah dengan jalan perlakuan panas ataupun dengan proses

perubahan bentuk (deformasi) dari logam yang akan diuji.

Jebis paling utuma dari mikroskop, dan yang pertama diciptakan, adalah

mikroscop optis. Mikroskop ini merupakan alat optik yang terdiri dari satu atau lebih

lensa yang memproduksi gambar yang diperbesar dari sebuah benda yang diletakkan

di bidang lensa tersebut. Perbesaran mikrokop ini mencapai 1000x.

2.7.6 Kekerasan

Uji kekerasan vickers menggunakan indentor piramida intan yang pada dasarnya berbentuk bujur sangkar. Besar sudut permukaan piramida intan yang

saling berhadapan adalah 1360. Nilai ini dipilih karena mendekati sebagian besar

(22)

penumbuk pada uji kekerasan brinell. (Geoege Dieter, 1987). Angka kekerasan

vickers didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan lekukan. Pada

prakteknya, luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diagonal jejak.

Hv dapat ditentukan dari persamaan berikut:

Hv=

= (2)

Dengan :

P : Gaya tekan yang diberikan (kgf)

D : Panjang digonal identer (mm)

Hv : Kekerasan Vikers (kgf/mm2)

Bentuk indenter vickers dan pengujian vickers ditunjukkan pada Gambar 9 dan 10

Gambar 9. Bentuk Identer Vickers

Gambar 10. Pengujian vickers

Karena jejak yang dibuat dengan penekanan piramida serupa secara

geometris dan tidak terdapat persoalan mengenai ukurannya, maka VHN tidak

bergantung kepada beban. Pada umumnya hal ini dipenuhi, kecuali pada beban yang

sangat ringan. Beban yang biasanya digunakan pada uji vickers berkisar antara 1-120

kg tergantung pada kekerasan logam yang diuji. Hal-hal yang menghalangi

keuntungan pemakaian metode vickers adalah :

1. Uji ini tidak dapat digunakan untuk pengujian rutin karena pengujian ini

sangat lamban.

2. Memerlukan persiapan permukaan benda uji

3. Terdapat pengaruh kesalahan manusia yang besar pada penentuan panjang

(23)

Keuntungan metode vickers :

I. Indentor dibuat dari bahan yang cukup keras sehingga dimungkinkan

dilakukan untuk berbagai jenis logam.

II. Memberikan hasil berupa skala kekerasan yang kontinu dan dapat digunakan

untuk menentukan kekerasan pada material yang sangat lunak.

III. Dapat dilakukan untuk benda-benda dengan ketebalan yang sangat tipis

sampai 0.006 inchi.

IV. Harga kekerasan yang didapat dari uji vickers tidak bergantung pada besar

beban identor.( William Calister, 2003)

2.7.7 Flux Density

Flux density adalah jumlah garis gaya tiap satuan luas yang tegak lurus kuat

medan. Flux density dapat dirumuskan sebagai berikut :

=∅ (3)

B = Jumlah sebelumnya magnetik ∅ = Jumlah flux magnet

A = Luas daerah

Hasilnya adalah SI unit untuk flux density adalah weber per meter persegi

(WB/m2) satu weber per meter persegi sama dengan satu tesla (Jiles. D, 1998).

Garis gaya magnet adalah lintasan kutub utara dalam medan magnet atau

garis yang bentuknya demikian hingga kuat medan di tiap titik dinyatakan oleh garis

singgungnya. Garis-garis gaya keluar dari kutub-kutub dan masuk ke kutub selatan.

Figur

Gambar 1. Arah domain bahan paramagnetik sebelum diberi medan magnet luar
Gambar 1 Arah domain bahan paramagnetik sebelum diberi medan magnet luar . View in document p.3
Gambar 2.  Arah domain bahan paramagnetik setelah diberi medan magnet luar
Gambar 2 Arah domain bahan paramagnetik setelah diberi medan magnet luar . View in document p.3
Gambar 3. Struktur Atom unsur Neodymium
Gambar 3 Struktur Atom unsur Neodymium . View in document p.6
Tabel 1. Informasi Dasar unsur Neodymium
Tabel 1 Informasi Dasar unsur Neodymium . View in document p.7
Gambar 4 Struktur Atom Unsur Besi
Gambar 4 Struktur Atom Unsur Besi . View in document p.7
Tabel 2 Informasi Dasar Unsur Besi
Tabel 2 Informasi Dasar Unsur Besi . View in document p.8
Gambar 5. Struktur Atom Unsur Boron
Gambar 5 Struktur Atom Unsur Boron . View in document p.8
Gambar 6  Perbedaan koersifitas dan koersifitas intrinsik
Gambar 6 Perbedaan koersifitas dan koersifitas intrinsik . View in document p.11
Gambar 7.  Geometri sebuah Difraktometer sinar –X
Gambar 7 Geometri sebuah Difraktometer sinar X . View in document p.18
Gambar 8.  Komponen vibrating sampel magnetometer (VSM).
Gambar 8 Komponen vibrating sampel magnetometer VSM . View in document p.20
Gambar 11. Garis Gaya Magnet
Gambar 11 Garis Gaya Magnet . View in document p.23

Referensi

Memperbarui...