Pengaruh Pengkayaan Nd pada Pembuatan Serbuk Bahan Magnet Nd2Fe14B Terhadap Struktur Kristalin, Mikrostruktur dan Sifat Magnet

(1)

iii

PENGARUH PENGKAYAAN Nd PADA PEMBUATAN SERBUK

BAHAN MAGNET Nd

2

Fe

14

B TERHADAP STRUKTUR

KRISTALIN, MIKROSTRUKTUR

DAN SIFAT MAGNET

SKRIPSI

HANIFAH

120801042

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

iv

PENGARUH PENGKAYAAN Nd PADA PEMBUATAN SERBUK

BAHAN MAGNET Nd

2

Fe

14

B TERHADAP STRUKTUR

KRISTALIN, MIKROSTRUKTUR

DAN SIFAT MAGNET

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat

mencapai gelar Sarjana Sains

HANIFAH

120801042

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(3)

v

PERSETUJUAN

Judul : Pengaruh pengkayaan Nd pada pembuatan serbuk bahan magnet Nd2Fe14B terhadap struktur kristalin,

mikrostruktur dan sifat magnet.

Kategori : Skripsi

Nama : Hanifah

Nomor Induk Mahasiswa : 120801042

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. Nenen Rusnaeni M.T Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc. NIP: 195804091983032001 NIP: 196506171993031009

Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,

(4)

vi

PENGARUH PENGKAYAAN Nd PADA PEMBUATAN SERBUK

BAHAN MAGNET Nd

2

Fe

14

B TERHADAP STRUKTUR KRISTALIN,

MIKROSTRUKTUR DAN SIFAT MAGNET

OLEH:

Hanifah

NIM: 120801042

Disetujui Oleh:

Komisi Pembimbing

Dr. Nenen Rusnaeni M.T Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc.

NIP: 195804091983032001 NIP: 196506171993031009

Diketahui Oleh:

Departemen Fisika FMIPA USU Pusat Penelitian Fisika-LIPI

Ketua, Kepala,

(5)

vii

NIP: 195510301980031003 NIP: 196204301988031001

PERNYATAAN

PENGARUH PENGKAYAAN Nd PADA PEMBUATAN SERBUK

BAHAN MAGNET Nd

2

Fe

14

B TERHADAP STRUKTUR KRISTALIN,

MIKROSTRUKTUR DAN SIFAT MAGNET

SKRIPSI

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

Medan, Mei 2016

(6)

viii

PENGHARGAAN

Syukur alhamdulillah, puji syukur kepada Allah SWT, Tuhan semesta alam yang telah memberikan rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir. Salawat beriring salam teruntuk nabi besar Muhammad SAW yang menjadi teladan dalam menjalani kehidupan. 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 PENGKAYAAN Nd PADA

PEMBUATAN SERBUK BAHAN MAGNET Nd2Fe14B TERHADAP STRUKTUR

KRISTALIN, MIKROSTRUKTUR DAN SIFAT MAGNET” 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 banyak sekali bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :

1. Kedua orangtua saya yang tersayang Ayahanda Novian dan Ibunda Azniarti Hanum, serta adik tercinta Delvia dan Rahmat Syahputra yang tulus menyayangi penulis dan tak henti-hentinya memberikan nasehat, doa, serta materi maupun moril.

2. Bapak Dr. Kerista Sebayang M.Sc selaku Dekan Departemen Fisika Fakultas Matematika dan ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.

3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.

4. Bapak Drs. Syahrul Humaidi M.Sc dan Ibu Dr. Nenen Rusnaeni M.T selaku Dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

5. Bapak Dr. Bambang Widyatmoko, M. Eng, selaku Kepala Laboratorium Pusat Penelitian Fisika P2F-LIPI Serpong.

6. Bapak Ir. Muljadi M.Si, selaku Ketua Tim Riset Magnet di Pusat Penelitian Fisika P2F-LIPI Serpong.

(7)

ix

8. Seluruh Staf dosen, Pembantu Dekan, Pegawai Departemen Fisika FMIPA USU 9. Sahabat - sahabat terbaik saya terkhusus Adelia Suryani, Syahardianty, Ariyani, dan

seluruh teman SD, SMP, SMA yang tak henti-hentinya memberikan semangat, doa, dukungan kepada penulis.

10. Seluruh teman – teman seperjuangan angkatan 2012, Adik-adik angkatan 2013, 2014 dan 2015 Fisika-USU.

Penulis menyadari dalam penulisan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan dan terdapat banyak kekurangan.Oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat diharapkan untuk penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis maupun bagi orang lain yang membacanya.

Tangerang Selatan, Mei 2016

(8)

x

PENGARUH PENGKAYAAN Nd PADA PEMBUATAN SERBUK BAHAN

MAGNET Nd2Fe14B TERHADAP STRUKTUR KRISTALIN,

MIKROSTRUKTUR DAN SIFAT MAGNET

ABSTRAK

Pembuatan serbuk magnet Nd2Fe14B sebagai bahan dasar pembuatan magnet

permanen. Proses pembuatan serbuk magnet Nd2Fe14B dengan pengkayaan Nd

dilakukan dengan mencampurkan serbuk Neodymium (Nd), serbuk Iron (Fe) dan serbuk Boron (B) dalam keadaan vakum. Perbandingan komposisi serbuk Nd 1,33 gram; Fe 3,62 gram; B 0,05 gram dengan massa total 5 gram kemudian di heat treatment sampai suhu 720 oC. Setelah dihasilkan Nd2Fe14B lalu divariasi dengan penambahan Nd sebesar

0,3 gram dan 0,7 gram. Lalu di heat treatment sampai suhu 720 oC. Sampel yang telah dihasilkan, kemudian dilakukan karakterisasi sifat magnet menggunakan VSM, analisis mikrostruktur menggunakan SEM-EDX dan analisis fasa yang terbentuk menggunakan XRD. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan Nd 0,7 gram pada serbuk Nd2Fe14B meningkatkan nilai energi produk (BH-Max). Nilai Mr = 446,5 G, Ms =

3496,01 G, Hc = 261,1 Oe dan BHmax = 17,83 KGOe diperoleh pada penambahan Nd

0,7 gram.

(9)

xi

INFLUENCE OF Nd-rich IN MANUFACTURING MAGNETIC

POWDERS Nd

2

Fe

14

B ON CRYSTAL STRUCTRE,

MICROSTRUCTUR, AND MAGNETIC PROPERTIES

ABSTRACT

Manufacturing of magnetic powders Nd2Fe14B as a basic material to produce

permanent magnet. The process in manufacturing magnetic powders Nd2Fe14B with

Nd-rich was conducted by mixing Neodymium powders (Nd). Iron powders (Fe), and boron powders (B) in a vacuum. Ratio of composition are Nd 1,33 gram; 3,62 gram; B 0,05 gram with total mass 5 gram and then heat treatment was conducted to 720ºC. The results are Nd2Fe14B powder and then variation was conducted with addition of Nd 0,3

gram and 0,7 gram. After that, heat treatment was conducted to 720ºC. The samples were conducted by characterization of magnetic properties using VSM, microstructure analysis using SEM-EDX and phase analysis using XRD. The result of study shows that addition of Nd 0,7 gram to Nd2Fe14B increase the value of energy product (BHmax). The

value of Mr = 446,5 G, Ms = 3496,01 G, Hc = 261,1 Oe and BHmax = 17,83 KGOe was

obtained in addition of Nd 0,7 gram.

(10)

xii

1.4. Tujuan Penelitian 2

1.5. Manfaat Penelitian 2

1.6. Sistematika Penelitian 3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Definisi Magnet Secara Umum 4

2.2. Jenis Bahan Magnet 4

2.2.1. Bahan Diamagnetik 4

2.2.2. Bahan Paramagnetik 5

2.2.3. Bahan Ferromagnetik 6

2.2.4. Bahan Antiferromagnetik 7

2.2.5. Bahan Ferrimagnetik 8

2.3. Teori Magnet 8

2.3.1. Histeresis Magnet 8

(11)

xiii

2.3.3. Magnetisasi 11

2.3.4. Magnet Permanen 12

2.4. Nanomagnetik 12

2.5. Magnet Permanen NdFeB 13

2.5.1. Struktur Kristal NdFeB 13

2.5.2. Sifat Fisis Magnet NdFeB 14

2.5.3. Fasa Nd-Rich 15

2.5.4. Karakterisasi Magbet NdFeB Terhadap Temperatur 15

2.6. Sintering 15

2.7. Karakterisasi 16

2.7.1. VSM (Vibrating Sample Magnetometer) 16 2.7.2. XRD (X-Ray Diffractometer) 17

2.7.2.1. Komponen Dasar XRD 17

2.7.2.2. Prinsip Kerja XRD 18

2.7.3. SEM (Scanning Electron Microscope) 19 2.7.4. EDX (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy) 20

2.7.4.1. Prinsip Kerja SEM-EDX 21

BAB 3 METODOLOGI PERCOBAAN

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian 22

3.1.1. Tempat Penelitian 22

3.1.2. Waktu Penelitian 22

3.2. Bahan dan Alat 22

3.2.1. Bahan 22

3.2.2. Alat 22

3.3. Diagram Alir Penelitian 24

3.4. Prosedur Penelitian 25

3.4.1. Penentuan Komposisi Serbuk 25

3.4.2. Pencampuran Bahan-Bahan 25

3.4.3. Proses Pemanasan dan Variasi Nd 25

3.5. Pengujian 26

3.5.1. Analisa Struktur Kristal Serbuk Magnet NdFeB 26

3.5.2. Karakterisasi Struktur Mikro 26

(12)

xiv

BAB 4 HASIL PENELITIAN

4.1. Karakterisasi Struktur Kristal Serbuk Magnet Nd2Fe14B (XRD) 28

4.2. Karakterisasi Mikrostruktur Serbuk Magnet Nd2Fe14B (SEM) 30

4.3. Karakterisasi Komposisi Serbuk Magnet Nd2Fe14B (EDX) 31

4.4. Karakterisasi Sifat Magnet Nd2Fe14B (VSM) 35

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan 38

5.2. Saran 38

(13)

xv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Tabel Perbandingan Bahan Magnet 7

Tabel 2.2 Perbandingan Karakteristik Magnet Permanen 12

Tabel 2.3. Karakteristik Magnet NdFeB 14

Tabel 4.1. Tabel Ukuran Kristalit 30

(14)

xvi

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1. Arah Domain-Domain Dalam Bahan Paramagnetik Sebelum 5

Diberi Medan Magnet Luar

Gambar 2.2. Arah Domain Dalam Bahan Paramagnetik Setelah Diberi 6 Medan Magnet Luar

Gambar 2.3. Momen Magnetik Dari Sifat Ferromagnetik 7 Gambar 2.4. Arah Domain Dalam Bahan Anti Ferromagnetik 7 Gambar 2.5. Momen Magnet Dari Sifat Ferrimagnetik 8

Gambar 2.6. Kurva Magnetisasi 8

Gambar 2.7. Struktur Kristal Nd2Fe14B 14

Gambar 2.8. Peralatan VSM (Vibrating Sample Magnetometer) 16

Gambar 2.9. Skema Prinsip Dasar SEM 19

Gambar 2.10. Skema EDX (Energy Dispersive X-Ray) 21 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian Pembuatan Serbuk Magnet Nd2Fe14B 24

Gambar 4.1. Pola XRD Nd2Fe14B 28

(15)

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1 Peralatan dan Bahan Penelitian 41

Lampiran 2 Perhitungan Penentuan Komposisi Serbuk Nd, Fe dan B 43

Lampiran 3 Perhitungan Ukuran Kristal 44

Lampiran 4 Hasil Pengujian SEM 47

Lampiran 5 Hasil Pengujian SEM-EDX 49

Lampiran 6 Hasil Pengujian XRD 52