Pengaruh Komposisi Bakelit Dan Resin Epoksi Pada Pembuatan Bonded Magnet Permanen Pr-Fe-B

PENGARUH KOMPOSISI BAKELIT DAN RESIN EPOKSI PADA

PEMBUATAN

BONDED MAGNET

PERMANEN Pr-Fe-B

SKRIPSI

TIAN HAVWINI

090801019

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2013

PENGARUH KOMPOSISI BAKELIT DAN RESIN EPOKSI PADA

PEMBUATAN

BONDED MAGNET

PERMANEN Pr-Fe-B

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

TIAN HAVWINI

090801019

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2013

PERSETUJUAN

Judul : Pengaruh Komposisi Bakelit Dan Resin Epoksi Pada Pembuatan Bonded Magnet Permanen Pr-Fe-B Kategori : Skripsi

Nama : Tian Havwini

Nomor Induk Mahasiswa : 090801019

Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Disetujui di Medan, Agustus 2013

Komisi Pembimbing :

Pembimbing 2, Pembimbing 1,

Ir. Muljadi, M.Si. Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc.

NIP. 195711161983121002 NIP. 196505171993031009

Disetujui Oleh

Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,

Dr. Marhaposan Situmorang NIP. 195510301980031003

PERNYATAAN

PENGARUH KOMPOSISI BAKELIT DAN RESIN EPOKSI PADA PEMBUATAN BONDED MAGNET PERMANEN Pr-Fe-B

SKRIPSI

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

Medan, Agustus 2013

TIAN HAVWINI 090801019

PENGHARGAAN

“Dan telah Kami turunkan besi yang padanya terdapat kekuatan yang hebat

dan berbagai manfaat bagi manusia.” (Al Hadid : 25)

“Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi, dan silih bergantinya

malam dan siang terdapat tanda-tanda bagi orang-orang berakal, (yaitu) orang-orang yang mengingat Allah sambil berdiri atau duduk atau dalam keadaan berbaring dan mereka memikirkan tentang penciptaan langit dan bumi

(seraya berkata):“ Ya Tuhan kami, tiadalah Engkau menciptakan ini dengan

sia-sia, ...” (Ali Imran : 190-191)

Alhamdulillah, pujian tertinggi dilafazkan dalam ungkapan syukur tak terkira, kepada Allah SWT, Tuhan semesta alam, Yang telah menurunkan AlQur’an sebagai petunjuk dan sumber ilmu pengetahuan bagi orang-orang yang berpikir. Salam teruntuk Baginda Rasulullah SAW, sang teladan terbaik, pemimpin yang cerdas dan menginspirasi ummat dalam mengembangkan potensi agar tercapai kemaslahatan melalui ilmu pengetahuan.

Karya sederhana ini dapat diwujudkan tersebab dukungan dan fasilitas dari berbagai pihak, yang karenanya penulis ingin menyampaikan ungkapan terima kasih kepada:

1. Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika Universitas Sumatera Utara, Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc. selaku Sekertaris Departemen Fisika Universitas Sumatera Utara, dan seluruh staf pengajar beserta pegawai administrasi di Departemen Fisika yang telah memberikan fasilitas kepada penulis selama perkuliahan.

2. Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc. selaku dosen pembimbing I yang telah banyak memberikan masukan, arahan, dan membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

3. Ir. Muljadi, M.Si. selaku dosen pembimbing II di Pusat Penelitian Fisika LIPI, yang telah begitu banyak membantu penulis menghadapi berbagai hambatan selama penelitian. Tak lupa juga kepada Prof. Masbah Siregar, Prof. Perdamean Sebayang, M.Si., dan staf, Pak Candra, Bu Ayu, Pak Anggit, Pak Lukman, Pak Deni, Pak Boiran dan seluruh teknisi serta pegawai yang telah banyak membantu penulis.

4. Keluarga besar Laboratorium Fisika Dasar LIDA, tempat penulis menghabiskan waktu mengembangkan potensi dan keilmuan. Kepada Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc., Kak Masthura, Kak Melly Frizha, Kak Moraida, Bang Hilman, Bang Ichsan, Ikhwan, Riki, Widya, Aini dan Ray, terima kasih.

5. Keluarga besar UKMI Al Falak yang memberi kesempatan kepada penulis untuk menjadi keluarga, untuk bersinergi dalam dakwah.

6. Keluarga baru di Serpong, Bu Neneng, Kak Ina, Bang Hikma, Bu Yuni dan Bang Nana. Terima kasih untuk semua dukungan.

7. Sahabat-sahabat; Intan Zahara, Wiwiet Gesty Utami, Yuli Annisa, Astri Indah Utari, Kak Aulia Prasiwi dan Elya Kali Pratiwi, terima kasih untuk doa dan semangatnya.

8. Saudara-saudara lintas stambuk di program studi Fisika S-1, khususnya adik-adik stambuk 2012; Eva, Devi, Gias, Fatimah, Indah, Dina dan Mona. Terima kasih untuk doa dan dukungan.

9. Orang-orang luar biasa; Cindy Al Kindi, Seri Dermayu Siregar, Sally Irvina Ritonga, Desy Hervina Sari, Fitri Hidayati Sinaga, Hilda Ayu Marlina dan Kharismayanti, terima kasih untuk dukungan dan semangatnya, untuk doa dan tegurannya, untuk terus bersama dalam lelahnya perjuangan dan untuk terus menjadi keluarga bagi diri yang banyak kekurangan ini. Juga kepada Kak Citra Suastika Karina, terima kasih untuk nasehat, doa dan semangatnya.

Terakhir, ungkapan terima kasih yang tak berbilang kepada orang-orang tercinta, Ayahanda Sopian, Ibunda Rosita Melati, Kakanda Tian Havwina dan Adinda Indah Mukthadila, untuk segala doa, pengorbanan, kasih sayang, perhatian, dukungan, kepercayaan, serta kesempatan yang telah dan terus akan diberikan, karya sederhana ini Aku persembahkan untuk kalian.

Tersebab sadar akan keterbatasan diri, masukan dan pengembangan lanjutan akan hasil penelitian ini diharapkan hadir sebagai proses perkembangan ilmu pengetahuan. Harapan sederhana, semoga teriring manfaat dalam tulisan ini.

PENGARUH KOMPOSISI BAKELIT DAN RESIN EPOKSI PADA PEMBUATAN BONDED MAGNET PERMANEN Pr-Fe-B

ABSTRAK

Magnet bonded merupakan magnet komposit yang dibuat dari serbuk magnet dan dicampur dengan bahan perekat (binder) yang bersifat non-magnet. Proses pembuatan magnet permanen bonded Pr-Fe-B dengan matriks bakelit dan resin epoksi dilakukan dengan mencampurkan serbuk magnet Praseodymium Iron Boron (Pr-Fe-B) komersil tipe MQP 16-7 dengan masing-masing perekat menggunakan mortar. Komposisi serbuk Pr-Fe-B sebesar 92, 94, 96 dan 98 % berat dari massa total sampel 8 gram. Campuran ini kemudian dicetak dengan metode dry compression moulding dengan tekanan sampel 5 ton dan dikeringkan pada temperatur 150ºC selama 2 jam untuk bakelit dan temperatur ruang selama 24 jam untuk resin epoksi. Karakterisasi sifat magnet dilakukan dengan pengukuran kuat medan mengggunakan Gaussmeter dan kurva histerisis menggunakan Permagraph. Densitas diukur dengan metode pengukuran dimensi, kuat tekan diukur menggunakan Universal Testing Machine, kekerasan diukur dengan metode Brinell dan struktur mikro diamati menggunakan SEM-EDX. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan perekat baik bakelit maupun epoksi resin meningkatkan kekerasan dan kuat tekan secara kualitatif namun menurunkan densitas dan sifat magnet. Sifat magnet terbaik pada komposisi berat serbuk Pr-Fe-B 98 % berat, dengan perekat bakelit menghasilkan nilai kuat medan = 1186 gauss, Br = 6.63 kG, HcJ = 6.962 kOe, BHmax = 7.98 MGOe, kekerasan = 42.2 BHN dan kuat tekan = 101.4 MPa, sedangkan dengan perekat resin epoksi menghasilkan nilai kuat medan = 1110 gauss, Br = 5,50 kG, HcJ = 5,868 kOe, BHmax = 4,92 MGOe, kekerasan = 24,4 BHN dan kuat tekan = 63,3 MPa.

Kata Kunci : Magnet Bonded Pr-Fe-B, Bakelit, Resin Epoksi, Sifat Magnet, Densitas, Kekerasan, Kuat Tekan

INFLUENCE OF BAKELITE AND EPOXY RESIN COMPOSITIONS IN MANUFACTURING OF PERMANENT BONDED MAGNET Pr-Fe-B

ABSTRACT

Bonded magnet is composite magnet material made by mixing magnetic powder with non-magnetic binder. Bonded permanent magnet Pr-Fe-B with bakelite and epoxy resin matrix made manually by mixing powder of Praseodymium Iron Boron (Pr-Fe-B) commercial MQP type 16-7 with each binder by using mortar. The composition of Pr-Fe-B powder was varied at 92, 94, 96 and 98 weight% respectively from each 8 gram total mass. Then this mixture pressed with dry compression moulding method with sampel pressure 5 ton and dried at 150ºC for 2 hours for bakelite and room temperature for 24 hours for epoxy resin. Magnetic properties were characterized by measuring flux density using Gaussmeter and hysteresis kurva using Permagraph. While compressive strength was characterized using Universal Testing Machine and hardness was characterized using Brinell hardness method. The results show that increasing portion of binder, Bakelite and epoxy resin, increase hardness and compressive strength qualitatively but decrease density and magnetic properties. The best magnetic properties value obtained for the 98 weight% composition of Pr-Fe-B and the value of flux density = 1186 gauss, Br = 6.63 kG, HcJ = 6.962 kOe, BHmax = 7.98 MGOe, hardness = 42.2 BHN and compressive strength = 101.4 MPa for Bakelite binder. While for eposy resin binder obtained the value of flux denisty = 1110 gauss, Br = 5,50 kG, HcJ = 5,868 kOe, BHmax = 4,92 MGOe, hardness = 24,4 BHN and compressive strength = 63,3 MPa.

Keywords : Bonded Magnet Pr-Fe-B, Bakelite, Epoxy Resin, Magnetic Properties, Density, Hardness, Compressive Strength

DAFTAR ISI

Halaman

Persetujuan i

Pernyataan ii

Penghargaan iii

Abstrak v

Abstract vi

Daftar Isi vii

Daftar Tabel ix

Daftar Gambar x

BAB 1. Pendahuluan 1.1. Latar Belakang 1

1.2. Rumusan Masalah 3

1.3. Tujuan Penelitian 3

1.4. Manfaat Penelitian 3

1.5. Batasan Masalah 3

1.6. Sistematika Penulisan 4

BAB 2. Tinjauan Pustaka 2.1. Magnet Secara Umum 6

2.2. Klasifikasi Material Magnet 6

2.3. Magnet Praseodymium Iron Boron 8

2.4. Bonded Magnet Praseodymium Iron Boron 10

2.5. Sifat Intrinsik Kemagnetan Fasa Magnetik 12

2.5.1. Kurva Histerisis 12

2.5.2. Energi Produk Maksimum (BH)max 15

2.5.3. Temperatur Curie 17

2.6. Resin Epoksi 17

2.7. Bakelit 18

BAB 3. Metode Penelitian 3.1. Waktu dan Tempat Penelitian 19

3.2. Bahan dan Peralatan Penelitian 19

3.2.1 Bahan 19

3.2.2 Peralatan 19

3.3. Tahapan Penelitian 20

3.3.1. Pencampuran Bahan Baku 21

3.3.2. Pembuatan Sampel Uji 22

3.3.3. Proses Pengeringan dan Magnetisasi 22

3.4.1. Densitas 22

3.4.2. Struktur Mikro 23

3.4.3. Kekerasan 23

3.4.4. Kuat Tekan 24

3.4.5. Sifat Magnet 24

BAB 4. Hasil dan Pembahasan 4.1. Sifat Fisis 25

4.1.1. Densitas 25

4.1.2. Kekerasan 27

4.1.3. Kuat Tekan 29

4.1.4. Struktur Mikro 30

4.2. Sifat Magnet 34

4.2.1. Kuat Medan 34

4.2.2. Kurva Histerisis 35

BAB 5. Kesimpulan dan Saran 5.1. Kesimpulan 38

5.2. Saran 39

Daftar Pustaka 40

DAFTAR TABEL

Nomor Tabel Judul Halaman

2.1. Perbandingan sifat magnetik beberapa magnet permanen 9

2.2. Sifat beberapa magnet keras 14

4.1 Data hasil pengukuran densitas 25

4.2 Data hasil pengukuran kekerasan 27

4.3 Data hasil pengukuran kuat tekan 29

4.4 Data hasil pengukuran kuat medan magnet 34

4.5 Data hasil pengujian sifat magnetik sampel bonded magnet Pr-Fe-B 36

DAFTAR GAMBAR

Nomor Gambar Judul Halaman

2.1. Kurva histerisis material magnet 13

2.2. Penentuan nilai (BH)max dari kuadran ke-II kurva histerisis 15 3.1. Tahapan penelitian pembuatan dan karakterisasi bonded

magnet permanen Pr-Fe-B 22

4.1. Pengaruh komposisi perekat terhadap densitas bonded

magnet Pr-Fe-B 27

4.2. Pengaruh komposisi perekat terhadap kekerasan bonded

magnet Pr-Fe-B 29

4.3. Pengaruh komposisi perekat terhadap kuat tekan bonded

magnet Pr-Fe-B 30

4.4. Permukaan sampel bonded magnet Pr-Fe-B dengan perekat

bakelit dan resin epoksi pada perbesaran 4000 X 31 4.5. Komposisi penyusun sampel bonded magnet Pr-Fe-B dengan

perekat 33

4.6. Pengaruh komposisi perekat terhadap kuat medan bonded

magnet Pr-Fe-B 35

PENGARUH KOMPOSISI BAKELIT DAN RESIN EPOKSI PADA PEMBUATAN BONDED MAGNET PERMANEN Pr-Fe-B

ABSTRAK

Magnet bonded merupakan magnet komposit yang dibuat dari serbuk magnet dan dicampur dengan bahan perekat (binder) yang bersifat non-magnet. Proses pembuatan magnet permanen bonded Pr-Fe-B dengan matriks bakelit dan resin epoksi dilakukan dengan mencampurkan serbuk magnet Praseodymium Iron Boron (Pr-Fe-B) komersil tipe MQP 16-7 dengan masing-masing perekat menggunakan mortar. Komposisi serbuk Pr-Fe-B sebesar 92, 94, 96 dan 98 % berat dari massa total sampel 8 gram. Campuran ini kemudian dicetak dengan metode dry compression moulding dengan tekanan sampel 5 ton dan dikeringkan pada temperatur 150ºC selama 2 jam untuk bakelit dan temperatur ruang selama 24 jam untuk resin epoksi. Karakterisasi sifat magnet dilakukan dengan pengukuran kuat medan mengggunakan Gaussmeter dan kurva histerisis menggunakan Permagraph. Densitas diukur dengan metode pengukuran dimensi, kuat tekan diukur menggunakan Universal Testing Machine, kekerasan diukur dengan metode Brinell dan struktur mikro diamati menggunakan SEM-EDX. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan perekat baik bakelit maupun epoksi resin meningkatkan kekerasan dan kuat tekan secara kualitatif namun menurunkan densitas dan sifat magnet. Sifat magnet terbaik pada komposisi berat serbuk Pr-Fe-B 98 % berat, dengan perekat bakelit menghasilkan nilai kuat medan = 1186 gauss, Br = 6.63 kG, HcJ = 6.962 kOe, BHmax = 7.98 MGOe, kekerasan = 42.2 BHN dan kuat tekan = 101.4 MPa, sedangkan dengan perekat resin epoksi menghasilkan nilai kuat medan = 1110 gauss, Br = 5,50 kG, HcJ = 5,868 kOe, BHmax = 4,92 MGOe, kekerasan = 24,4 BHN dan kuat tekan = 63,3 MPa.

Kata Kunci : Magnet Bonded Pr-Fe-B, Bakelit, Resin Epoksi, Sifat Magnet, Densitas, Kekerasan, Kuat Tekan

INFLUENCE OF BAKELITE AND EPOXY RESIN COMPOSITIONS IN MANUFACTURING OF PERMANENT BONDED MAGNET Pr-Fe-B

ABSTRACT

Bonded magnet is composite magnet material made by mixing magnetic powder with non-magnetic binder. Bonded permanent magnet Pr-Fe-B with bakelite and epoxy resin matrix made manually by mixing powder of Praseodymium Iron Boron (Pr-Fe-B) commercial MQP type 16-7 with each binder by using mortar. The composition of Pr-Fe-B powder was varied at 92, 94, 96 and 98 weight% respectively from each 8 gram total mass. Then this mixture pressed with dry compression moulding method with sampel pressure 5 ton and dried at 150ºC for 2 hours for bakelite and room temperature for 24 hours for epoxy resin. Magnetic properties were characterized by measuring flux density using Gaussmeter and hysteresis kurva using Permagraph. While compressive strength was characterized using Universal Testing Machine and hardness was characterized using Brinell hardness method. The results show that increasing portion of binder, Bakelite and epoxy resin, increase hardness and compressive strength qualitatively but decrease density and magnetic properties. The best magnetic properties value obtained for the 98 weight% composition of Pr-Fe-B and the value of flux density = 1186 gauss, Br = 6.63 kG, HcJ = 6.962 kOe, BHmax = 7.98 MGOe, hardness = 42.2 BHN and compressive strength = 101.4 MPa for Bakelite binder. While for eposy resin binder obtained the value of flux denisty = 1110 gauss, Br = 5,50 kG, HcJ = 5,868 kOe, BHmax = 4,92 MGOe, hardness = 24,4 BHN and compressive strength = 63,3 MPa.

Keywords : Bonded Magnet Pr-Fe-B, Bakelite, Epoxy Resin, Magnetic Properties, Density, Hardness, Compressive Strength

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan dunia akan magnet pada umumnya dan magnet permanen khususnya menunjukkan perkembangan yang cukup pesat. Dapat dilihat bahwa pada tahun 1990 hingga 2000 konsumsi magnet meningkat mencapai 12,2% tiap tahunnya. Magnet permanen banyak digunakan pada televisi, telepon, komputer dan komponen mobil. Pemakaian magnet permanen pada komponen mobil seperti : starter, door lock, dan wiper. Semua contoh ini menunjukkan bahwa bahan magnet kekuatan tinggi akan menghasilkan keuntungan berupa peningkatan efisiensi operasi dan pengurangan berat. Selama beberapa tahun terdapat tiga bahan komersil terpenting yaitu alnico, ferrite dan paduan berbasis samarium-cobalt (paduan antar logam SmCo5, Sm2Co17).

Magnet Sm-Co dapat menghasilkan produk energi sebesar 20 MGOe. Karena harga bahan-bahan dasar magnet Sm-Co yang relatif mahal, maka magnet tersebut jarang digunakan dalam skala besar (Deswita, 2007).

Sampai saat ini di Indonesia produk magnet khususnya magnet permanen yang ada di pasaran 100% masih berbasis impor. Kebutuhan magnet permanen di Indonesia sangat tinggi dan menempatkan Indonesia menjadi pasar nomor 2 dunia (Prijo, 2012).

Perkembangan magnet permanen saat ini sangat difokuskan untuk magnet permanen energi tinggi. Salah satu bahan magnet permanen yang dapat menghasilkan energi tinggi tersebut adalah dari jenis RE-Fe-B (RE = Nd, Pr). Bahkan magnet permanen berbasis Nd-Fe-B telah menghasilkan energi produk mencapai 50 MGOe. Magnet permanen berjenis RE-Fe-B ini terbuat dari paduan logam tanah jarang berjenis Neodymium atau Praseodymium, logam Besi, dan Boron dengan fasa magnet Nd2Fe14B atau Pr2Fe14B yang memiliki struktur kristal tetragonal. Kelebihan

saturasi yang tinggi mencapai 1,6 T atau 16 kG, dengan induksi remanensi tertinggi saat ini mencapai 1,53 T atau 15,3 kG dalam bentuk sintered magnet (Candra, 2013).

Sudah lebih dari setengah abad sejak bonded magnet pertama kali dikembangkan oleh Baermann tahun 1934. Dia membuat polimer-bonded magnet nya dengan mencampur bubuk Alnico isotropik dan resin fenolik. Saat ini, polimer-bonded magnet dengan sifat yang berbeda yang digunakan dalam berbagai aplikasi. Jenis polimer, polimer / magnetik proporsi bubuk, ukuran partikel dan bentuk dari kedua bubuk magnetik dan polimer dan kondisi pengolahan adalah parameter yang paling penting dalam menentukan sifat dari produk komposit magnet (Kokabi, 2005).

Penelitian terbaru dalam bidang komposit material magnet berbasis paduan Re-Fe-B (Re: Nd, Pr) diarahkan menuju empat tujuan dasar: meningkatkan energi magnetik, yang berarti mengoptimalkan kapasitas magnetik; meningkatkan ketahanan terhadap korosi; optimalisasi proses produksi pada parameter proses; dan mengurangi substansi bahan magnet tanah jarang, tujuannya adalah mengurangi harga produksi dari material magnet akhir, tetapi tetap menjaga nilai yang tinggi dari energi produksi maksimum. Penerapan berbagai teknik proses dalam proses produksi bonded magnet, memberikan kemungkinan untuk pemanfaatan berbagai bubuk magnetik dalam kombinasi dengan bahan polimer yang berbeda sebagai zat pengikat. Pengembangan teknologi bonded, mengeksplorasi kemungkinan aplikasi dari berbagai tipe variasi dari serbuk magnet dan matriks polimer, menguji pengaruh polimer tersebut, misalnya pengaruh terhadap parameter proses, untuk mencapai kapasitas mekanik dan magnetik yang optimal adalah focus penelitian tentang bonded magnet beberapa tahun terakhir (Trosic, 2011).

Untuk mengembangkan penelitian dalam bidang material magnet komposit, serta mengoptimalkan sifat-sifat material magnet komposit khususnya yang berbasis logam tanah jarang berbasis Pr-Fe-B, maka dilakukan penelitian mengenai pembuatan dan karakterisasi magnet permanen berperekat (rigid bonded magnet). Magnet ini merupakan jenis material magnet komposit yang bersifat magnet permanen, terbuat dari serbuk magnet Pr-Fe-B dan bahan polimer seperti bakelit dan resin epoksi.

1.2 Rumusan Masalah

Perumusan masalah pada penelitian ini adalah bagaimana pengaruh variasi komposisi serbuk magnet dan bahan perekat terhadap sifat fisis dan sifat magnet bahan bonded magnet.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Membuat bonded magnet permanen berbasis Pr-Fe-B.

2. Mengetahui pengaruh komposisi bahan polimer terhadap karakterisasi bonded magnet permanen berbasis Pr-Fe-B. Karakterisasi yang dimaksud berupa sifat fisis (densitas, struktur mikro, kekerasan dan kuat tekan) dan sifat magnetik (kurva histerisis dan kuat medan magnet).

1.4 Manfaat Penelitian

Menambah pengetahuan tentang pembuatan bonded magnet berbasis logam tanah jarang serta menguasai teknologi pembuatannya untuk mendukung perkembangan industri magnet nasional.

1.5 Batasan Masalah

Penelitian ini memiliki batasan masalah, yakni :

1. Pengaruh komposisi bahan perekat terhadap karakterisasi bonded magnet permanen berbasis Pr-Fe-B dilakukan dengan cara memvariasikan perbandingan komposisi serbuk magnet dengan bahan polimer. Variasi komposisi yang akan dibuat yaitu 98:2, 96:4, 94:6, 92:8 (% berat), berturut-turut adalah serbuk magnet Pr-Fe-B dan masing-masing polimer dengan massa total tiap sampel sebanyak 8 gram.

2. Temperatur pengeringan untuk tiap variasi komposisi yaitu 150 °C untuk polimer jenis bakelit, sedangkan polimer jenis resin epoksi dikeringkan pada temperatur ruang.

a. Pengujian SEM-EDX untuk menganalisis struktur mikro bonded magnet berbasis Pr-Fe-B.

b. Pengujian densitas untuk mengetahui densitas material bonded magnet berbasis Pr-Fe-B.

c. Pengujian kurva histerisis untuk mengetahui sifat magnetik material bonded magnet berbasis Pr-Fe-B.

d. Pengujian kuat medan magnet untuk mengetahui kuat medan material bonded magnet berbasis Pr-Fe-B.

e. Pengujian kekerasan dengan metode Brinell (brinell hardness) untuk mengetahui kekerasan material bonded magnet berbasis Pr-Fe-B.

f. Pengujian kuat tekan (compressive test) untuk mengetahui kekuatan tekan material bonded magnet berbasis Pr-Fe-B.

1.6 Sistematika Penulisan

Adapun sistematika dalam penulisan Skripsi ini mencakup beberapa bab dan subbab seperti dijelaskan di bawah ini:

BAB 1 : Pendahuluan

Bab ini terdiri atas latar belakang penelitian, batasan masalah dalam penelitian, tujuan dan manfaat penelitian serta metodologi pelaksanaan penelitian dan sistematika penulisan laporan penelitian.

BAB 2 : Tinjauan Pustaka

Bab ini berisi dasar-dasar teori yang terkait kajian dan analisa dalam penelitian, yakni teori magnet secara umum, kalsifikasi material magnet serta sifat-sifat bahan magnet.

BAB 3 : Metodologi Penelitian

Bab ini berisi metode yang digunakan dalam penelitian meliputi bahan dan peralatan yang digunakan serta diagram alir penelitian.

BAB 4 : Hasil dan Pembahasan

Bab ini mencakup hasil penelitian berupa hasil pengukuran sifat fisis magnet bonded (densitas, struktur mikro, kuat tekan dan kekerasan) dan sifat magnetnya (kuat medan magnet dan kurva histerisis).

BAB 5 : Kesimpulan dan Saran

Bab ini berisi kesimpulan yang diperoleh dari bab sebelumnya yaitu hasil dan pembahasan terkait tujuan dari penelitian. Dan juga saran yang diberikan untuk kajian lebih lanjut dari skripsi ini.

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Magnet Secara Umum

Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Kata magnet (magnit) berasal dari bahasa Yunani, magnitis lithos yang berarti batu Magnesian. Batu ini terdiri dari magnetite (Fe3O4) dan dikenal sebagai bijih besi yang

akan termagnetisasi ketika digosok. Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki) di mana terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut.

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.

2.2 Klasifikasi Material Magnet

Berdasarkan sifat medan magnet atomis, bahan dibagi menjadi tiga golongan, yaitu diamagnetik, paramagnetik dan feromagnetik. Bahan diamagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom atau molekulnya nol, tetapi orbit dan spinnya tidak nol (Halliday and Resnick, 1989). Bahan diamagnetik tidak mempunyai momen dipole magnet permanen. Jika bahan diamangetik diberi medan magnet luar, maka elektron-elektron dalam atom akan berubah gerakannya sedemikian hingga menghasilkan resultan medan magnet atomis yang arahnya berlawanan. Sifat diamagnetik bahan ditimbulkan oleh gerak orbital elektron sehingga semua bahan besifat diamagnetik karena semua atomnya mempunyai

elektron orbital. Bahan dapat bersifat magnet apabila susunan atom dalam bahan tersebut mempunyai spin elektron yang tidak berpasangan. Dalam bahan diamagnetik hampir semua spin elektron berpasangan, akibatnya bahan ini tidak menarik garis gaya. Permeabilitas bahan diamagnetik adalah µ < µ0 dan suseptibilitas magnetiknya χm < 0. Contoh bahan diamagnetik yaitu bismuth, perak, emas, tembaga dan seng.

Bahan paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom atau molekulnya tidak nol, tetapi resultan medan magnet atomis total seluruh atau molekul dalam bahan adalah nol (Halliday and Resnick, 1989). Hal ini disebabkan karena gerakan atom atau molekul acak, sehingga resultan medan magnet atomis masing-masing atom saling meniadakan. Bahan ini jika diberi magnet luar, maka elektron-elektronnya akan berusaha sedemikian rupa sehingga resultan medan magnet atomis searah dengan medan magnet luar. Sifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang menjadi terarah oleh medan magnet luar. Pada bahan ini, efek diamagnetik (efek timbulnya medan magnet yang melawan medan magnet penyebabnya) dapat timbul, tetapi pengaruhnya sangat kecil.

Permeabilitas bahan paramagnetik adalah µ > µ0 dan suseptibilitas magnetiknya χm

> 0. Contoh bahan paramagnetik adalah alumunium, magnesium, dan wolfram. Bahan diamagnetik dan parmagnetik mempunyai sifta kemagnetan yang lemah. Perubahan medan magnet dengan adanya bahan tersebut tidaklah besar apabila digunakan sebagai pengisi kumparan toroida.

Bahan feromagnetik adalah bahan yang mempunyai resultan medan atomis besar (Halliday and Resnick, 1989). Hal ini terutama disebabkan oleh momen magnetik spin elektron. Pada bahan feromagnetik banyak spin elektron tidak berpasangan, misalnya pada atom besi terdapat empat buah spin elektron yang tidak berpasangan. Masing-masing spin leektron yang tidak berpasangan ini akan memberikan medan magnetik, sehingga total medan magnetim yang dihasilkan oleh sutu atom lebih besar. Medan magnet dari masing-masing atom dalam bahan feromagnetik sangat kuat, sehingga interaksi antara atom tetangganya menyebabkan sebagian besar atom akan mensejajakan diri membentuk kelompok-kelompok.

Kelompok atom yang menyejajarkan dirinya dala suatu daerah dinamakan domain. Bahan feromagnetik sebelum diberi medan magnet luar mempunyai domain yang momen magnetiknya kuat, tetapi momen magnetik ini mempunyai arah yang berbeda-beda dari satu domain ke domain yang lain sehingga medan magnet yang dihasilkan tiap domain saling meniadakan.

Bahan feromagnetik jika diberi medan magnet dari luar, maka domain-domain ini akan mensejajarkan diri searah dengan medan magnet luar. Semakin kuat medan magnetnya semakin banyak domain-domain yang mensejajarkan dirinya. Akibatnya medan magnet dalam bahan feromagnetik akan kuat semakin kuat. Setelah seluruh domain terarahkan, penambahan medna magnet luat tidak member pengaruh apa-apa karena tidak ada lagi domain yang disearahkan. Keadaan ini dinamakan keadaan jenuh atau saturasi.

Permeabilitas bahan feromagnetik adalah µ >>> µ0 dan suseptibilitas magnetiknya χm >>> 0. Contoh bahan feromagnetik adalah besi, baja, besi silicon, dan lain-lain.

Sifat kemagnetan bahan feromagnetik ini akan hilang pada temperature yang disebut temperature Curie. Temperatur Curie untuk besi lemah adalah 770°C dan untuk baja adalah 1043°C (Kraus, 1970).

2.3 Magnet Praseodymium Iron Boron (PrFeB)

Secara umum dikenal sebagai magnet tanah jarang, magnet Praseodymium Iron Boron (PrFeB) adalah merupakan paduan yang berasal dari grup Lantanida pada sistem periodik unsur. Magnet Praseodymium Iron Boron (PrFeB) adalah magnet bumi yang terbuat dari paduan unsur praseodymium, besi dan boron untuk membentuk struktur kristal tetragonal Pr2Fe14B. Dikembangkan pada tahun 1982 oleh

General Motors dan Sumitomo Special Metals, magnet PrFeB adalah magnet permanen paling kuat yang dibuat (Fraden,2010). Mereka telah menggantikan jenis magnet lain dalam banyak aplikasi dalam produk modern yang membutuhkan magnet permanen yang kuat, seperti motor dalam alat nirkabel, hard disk drive, dan alat pengunci magnetik.

Struktur kristal tetragonal Pr2Fe14B memiliki anisotropi magnetokristalin uniaksial

yang sangat tinggi. Hal ini memberikan potensi pada senyawa Pr2Fe14B untuk

memiliki koersivitas tinggi (ketahanan untuk didemagnetisasi). Senyawa ini juga memiliki magnetisasi saturasi tinggi (JS ~ 1,6 T atau 16 kG) dan biasanya 1,3 tesla. Oleh karena itu, sebagai kepadatan energi maksimum sebanding dengan Js2, fase magnetik ini memiliki potensi untuk menyimpan sejumlah besar energi magnetik (BHmax ~ 512 kJ/m3 atau 64 MGOe), jauh lebih besar dari magnet samarium kobalt (SmCo), yang merupakan jenis pertama dari magnet tanah jarang yang dikomersialkan. Dalam prakteknya, sifat magnetik dari magnet praseodymium bergantung pada komposisi paduan, struktur mikro, dan teknik manufaktur yang digunakan.

Beberapa sifat penting yang digunakan untuk membandingkan magnet permanen adalah remanensi (Br) yaitu ukuran kekuatan dari medan magnet; koersivitas (Hc) yaitu ketahanan material terhadap demagnetisasi; energi produk (BHmax) yaitu kerapatan energi magnet, dan temperatur Curie (Tc) yaitu temperatur saat material kehilangan sifat magnetnya. Magnet praseodymium memiliki remanensi yang sangat tinggi, juga memiliki koersivitas dan energi produk yang tinggi pula jika dibandingkan dengan magnet tipe lain. Namun juga memiliki temperature Curie yang rendah. Tabel di bawah ini memperlihatkan performansi magnetik magnet Praseodymium dibandingkan dengan magnet permanen tipe lain.

Tabel 2.1 Perbandingan sifat magnetik beberapa magnet permanen

Magnet Br (T) Hcj (kA/m) BHmax (kJ/m3) TC (°C) Pr2Fe14B (sintered) 1.0–1.4 750–2000 200–440 310–400

Pr2Fe14B (bonded) 0.6–0.7 600–1200 60–100 310–400

SmCo5 (sintered) 0.8–1.1 600–2000 120–200 720

Sm(Co, Fe, Cu, Zr)7

(sintered)

0.9–1.15 450–1300 150–240 800

Alnico (sintered) 0.6–1.4 275 10–88 700–860

Saat ini, antara 45.000 dan 50.000 ton dari magnet praseodymium sintered diproduksi setiap tahun, terutama di Cina dan Jepang. Pada 2011, Cina memproduksi lebih dari 95% dari unsur tanah jarang, dan menghasilkan 76% dari total magnet tanah jarang dunia (Chu, 2011). Ada empat cara pembuatan magnet PrFeB, yaitu:

1. Sintered, serbuk magnet dikompaksi di dalam cetakan kemudian dibakar, hingga serbuk berubah bentuk menjadi material padat.

2. Compression Bonded, teknik ini digunakan untuk membuat magnet dengan kebutuhan bentuk yang rumit. Serbuk magnet dicampur dengan material plastik, kemudian dicetak dan dikeringkan. Meskipun memiliki enenrgi produk yang lebih kecil dibanding dengan magnet sinter, namun metode ini menghasilkan magnet yang dapat dibentuk dalam bentuk kompleks.

3. Injection Moulded, serbuk magnet dicampur dengan material plastik kemudian dicetak dengan cara injeksi. Memiliki energi produk yang lebih kecil dibanding magnet kompresi namun dapat dibentuk dalam bentuk yang lebih rumit dan kompleks.

4. Extruded, metode yang tidak terlalu populer saat ini, serbuk magnet dicampur dengan material plastik sehingga bersifat fleksibel dan dicetak dalam bentuk lembaran.

2.4 Bonded Magnet Praseodymium Iron Boron (PrFeB)

Magnet permanen yang terbuat dari bahan baku serbuk memiliki sifat mekanik yang rendah. Tekanan mekanik yang terjadi pada magnet selama proses perakitan dan pada kerja normal dapat merusak magnet tersebut. Dengan demikian, dibutuhkan pengembangan magnet dengan sifat-sifat mekanik yang lebih baik. Sifat mekanik pada magnet ini sangat bergantung pada komposisinya; jumlah serbuk magnet, jumlah resin, dan juga teknologi pembuatan (Drak, 2007)

Bahan bonded magnet merupakan bahan magnet komposit yang dibuat dari serbuk magnet yang dicampur dengan bahan pengikat (binder) yang bersifat nonmagnet. Bahan bonded magnet dapat bersifat kaku (rigid) atau lentur (flexible) tergantung dari jenis pengikat yang digunakan. Bahan Rigid Bonded Magnet (RBM)

yang pasarnya berkembang sangat cepat adalah bahan Pr-Fe-B. Bahan Pr-Fe-B mempunyai sifat kemagnetan yang unggul (BHmax) dan dapat diaplikasikan dalam bidang industri otomotif, kesehatan dan elektronik (Ihsan, 2005).

Bahan Pr-Fe-B dapat difabrikasi dalam bentuk magnet berperekat polimer dengan menggunakan polimer rigid (kaku) atau fleksibel sebagai bahan perekatnya. Beberapa keuntungan digunakannya bahan polimer sebagai penguat pada magnet Pr-Fe-B adalah harganya yang relatif murah, ketepatan dimensi yang tinggi dan sangat memungkinkan untuk dibentuk dalam bentuk yang kompleks (Saramolee, 2010).

Bonded magnet adalah salah satu bahan magnetik yang paling penting. Ini membuka dunia baru bagi berbagai kemungkinan aplikasi. Resin termo-elastomer dan termo-plastik dapat dicampur bersama-sama dengan berbagai bubuk magnetik untuk membentuk magnet bentukan injeksi, kompresi atau fleksibel. Magnet injeksi bentukan dapat dibentuk menjadi bentuk yang kompleks dan dapat dibentuk-masukkan langsung ke komponen lain untuk memproduksi komponen perakitan. Bonded magnet kompresi menawarkan keluaran magnetik lebih tinggi dari magnet injeksi bentukan, tetapi terbatas pada geometri yang lebih sederhana.

Bonded magnet praseodymium dibuat melalui proses kompresi. Proses ini melibatkan pencampuran bubuk praseodymium dengan polimer sebagai pengikat dan menekan ke dalam rongga cetakan dengan medan magnet, sehingga membuat isotropik magnet. Bagian ditekan kemudian ditempatkan ke dalam oven untuk proses pengeringan. Kompresi bonded magnet praseodymium adalah pilihan yang sangat baik dibandingkan jenis magnet lain (sintered praseodymium, sintered samarium kobalt, dan hard ferrites). Di mana magnet tersebut memiliki batas untuk beberapa bentuk yang tidak dimiliki oleh magnet bonded kompresi. Dengan produk energi tinggi yang mencapai hingga 12 MGOe itu membuat mereka ideal untuk banyak aplikasi yang membutuhkan kekuatan magnet yang tinggi dan toleransi ketat. Menggunakan polimer sebagai bahan pengikat dalam proses pembuatan untuk magnet bonded kompresi membuat magnet tahan terhadap kebanyakan cairan otomotif industri. Dengan biaya produktif relatif rendah dan kompresi perputaran cepat magnet praseodymium bonded adalah pilihan untuk berbagai macam aplikasi.

2.5 Sifat Intrinsik Kemagnetan Fasa Magnetik

Beberapa sifat kemagnetan dasar yang penting dari fasa magnetik dapat disebutkan antara lain koersivitas intrinsik HCJ, remanen Br, energi produk maksimum (BH)max,

dan temperatur Curie TC. Berikut ini latar belakang teori beberapa sifat kemagnetan

dasar tersebut.

2.5.1 Kurva Histerisis

Remanen dan koersivitas adalah besaran kemagnetan yang dapat didefinisikan dari suatu kurva histeresis magnet. Pada dasarnya kurva tersebut merepresentasikan suatu proses magnetisasi dan demagnetisasi oleh suatu medan magnet luar, H. Bila besar medan magnet luar yang digunakan untuk memagnetisasi ditingkatkan dari nol, maka magnetisasi M atau polarisasi J dari magnet bertambah besar dan mencapai tingkat saturasi pada suatu medan magnet luar tertentu. Dengan melakukan sederetan proses magnetisasi yaitu penurunan medan magnet luar menjadi nol dan meneruskannya pada arah yang bertentangan, serta meningkatkan besar medan magnet luar pada arah tersebut dan menurunkannya kembali ke nol kemudian membalikkan arah seperti semula, maka magnetisasi atau polarisasi dari magnet permanen terlihat membentuk suatu kurva.

Pada dasarnya ada dua skala berbeda yang digunakan untuk menggambarkan kurva histeresis. Bila digambarkan antara kerapatan fluks magnet, B dan H, maka diperoleh kurva histeresis B-H. Bila digambarkan antara polarisasi J dan H, maka diperoleh kurva histeresis J-H. Esensi dari kedua kurva berbeda skala tersebut adalah sama karena antara B dan J terdapat hubungan seperti persamaan berikut ini

B = µoH + µoM atau B = µoH + J (1)

Material magnetik diklasifikasikan menjadi dua yaitu material magnetik lemah (soft magnetic materials) dan material magnetik kuat (hard magnetic materials). Penggolongan ini berdasarkan kekuatan medan koersifnya, dimana soft magnetic memiliki medan koersif yang lemah, sedangkan bahan hard magnetic memiliki medan koersif yang kuat. Hal ini lebih jelas digambarkan dengan kurva histerisis atau hysteresis loop.

Gambar 2.1 Kurva Histeris Material Magnet; (a) soft magnetic (b) hard magnetic (repository.usu.ac.id)

H adalah medan magnetik yang diperlukan untuk menginduksi medan berkekuatan B dalam material. Setelah medan H ditiadakan, dalam sampel tersisa magnetisme residual Br, yang disebut residual remanen, dan diperlukan medan magnet Hc yang disebut gaya koersif, yang harus diterapkan dalam arah berlawanan untuk meniadakannya.

Bahan magnet lunak (soft magnetic materials) mudah dimagnetisasi serta mudah pula mengalami demagnetisasi, seperti tampak pada Gambar 2.1 (a) nilai H yang rendah sudah memadai untuk menginduksi medan B yang kuat dalam logam, dan diperlukan medan Hc yang kecil untuk menghilangkannya. Soft magnetic materials dapat mengalami magnetisasi dan tertarik ke magnet lain, namun sifat magnetiknya hanya akan bertahan apabila magnet berada dalam suatu medan magnetik. Soft magnetic materials tidak mengalami magnetisasi yang permanen.

Perbedaan antara magnet permanen atau magnet keras, dengan magnet lunak jelas terlihat pada kurva histeresis seperti pada Gambar 2.1. Magnet keras menarik material lain yang mengalami magnetisasi menuju dirinya. Magnet jenis ini dapat mempertahankan kemagnetannya dalam waktu yang sangat lama. Ketika suatu material magnetik dimasukkan ke dalam suatu medan magnetik, H, garis – garis gaya yang berdekatan dihimpun dalam meterial tersebut sehingga meningkatkan densitas fluks. Atau dengan istilah yang lebih teknis, terjadi peningkatan induksi magnetik, B. Tentu saja, besarnya induksi bergantung pada medan magnetik dan pada jenis

material. Namun, peningkatan induksi yang terjadi tidak linear tetapi mengikuti hubungan B – H yang melonjak ke level yang lebih tinggi, dan kemudian bertahan mendekati konstan di dalam medan magnetik yang tetap lebih kuat.

Kurva histeresis dari suatu magnet permanen memperlihatkan perbedaan yang sangat mencolok. Ketika medan magnetik dihilangkan, sebagian besar induksi dipertahankan agar menghasilkan induksi remanen, Br. Medan terbalik, disebut

medan koersif, -Hc, diperlukan sebelum induksi turun menjadi nol. Sama dengan

kurva lengkap dari suatu magnet lunak, kurva lengkap suatu magnet permanen mempunyai simetri 180o.

Karena hasil – kali antara medan magnetik (A/m) dan induksi (V.s/m2) adalah energi persatuan volume, daerah terintegrasi di dalam kurva histeresis adalah energi yang diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus magnetisasi dari 0 ke +H ke –H ke 0. Energi yang diperlukan magnet lunak sangat kecil, sedangkan magnet keras memerlukan energi yang cukup besar dan pada kondisi ruang demagnetisasi tidak akan terjadi. Magnetisasinya adalah magnetisasi yang permanen. Untuk itu, magnet keras (hard magnetic) dapat juga disebut sebagai magnet permanen. Beberapa sifat dari magnet permanen dapat dilihat pada tabel 2.2 di bawah ini.

Tabel 2.2 Sifat beberapa magnet keras

Material Magnetik

Remanensi Br

(V.s/m2)

Medan Koersif -Hc

(kA/m)

Hasil – Kali Demagnetisasi Maksimum

BHmaks (kJ/m3)

Baja karbon-biasa 1,0 4 1

Alnico V 1,2 55 34

Feroxdur (BaFe12O19)

0,4 150 20

RE – Co * 1,0 700 200

RE2Fe14B** 1600

* Tanah jarang – kobalt, khususnya samarium ** Tanah jarang (Pr, Nd)

Kepermanenan magnet dapat ditandai dari medan koersif, -Hc, yang diperlukan

untuk mengembalikan induksi ke nol. Suatu nilai sebesar –Hc = 1000 A/m sering

digunakan untuk memisahkan magnet lunak dan magnet keras (permanen). Hasil – kali energi sesaat maksimum, BHmaks, merupakan satu ukuran yang lebih baik, karena

hasil – kali ini menunjukkan hambatan energi kritis yang harus dilampaui agar demagnetisasi bisa terjadi. Karakteristik magnet permanen yang paling tinggi saat ini adalah Praseodymium Iron Boron (PrFeB), yang memiliki nilai produk energi maksimum 450 – 512 kJ/m3 (Vlack, 2004).

2.5.2 Energi Produk Maksimum (BH)max

(BH)max merupakan sifat yang paling utama dari suatu magnet permanen yang

menunjukkan energi persatuan volume magnet yang dipertahankan di dalam magnet. Besaran ini diturunkan dari kurva kuadran (kurva demagnetisasi) dari kurva histeresis sehingga diperoleh kurva (BH) yaitu perkalian antara B dan H sebagai fungsi H. Jadi, kurva (BH) sebagai fungsi H tersebut tidak lain adalah tempat kedudukan titik – titik luasan di bawah kurva demagnetiasi. Secara skematik, penentuan kurva (BH) dari kurva demagnetisasi ditunjukkan pada gambar 2.2. Kurva (BH) memiliki suatu nilai tertinggi sebagai fungsi H dan nilai inilah yang dikenal sebagai produk energi maksimum.

Gambar 2.2 Penentuan nilai (BH)max dari kuadran ke-II kurva histerisis

Nilai intrisnik dari (BH)max dapat dihitung secara mudah dengan menggunakan

persamaan produk energi (BH) yang dinyatakan seperti persamaan berikut ini.

� = �_��2+ �� (2)

Persamaan (6) adalah suatu persmaan kuadrat, sehingga plot antara kurva (BH) dan H mengambil bentuk parabola seperti ditunjukkan pada gambar 2.2. Nilai maksimum dari kurva (BH) tersebut ditentukan oleh syarat �( �)/�� = 0 atau � �

�� = 2�_��+�= 0. Sehingga diperoleh persamaan

Hc = -Js / 2�_� (3)

dimana Hc adalah medan magnet demagnetisasi kritis, yaitu nilai H yang memberikan

nilai (BH) mencapai nilai maksimumnya dan nilai J telah digantikan oleh Js dengan

asumsi bahwa kurva histerisis mengambil bentuk ideal. Jadi, dengan mensubstitusikan H pada persamaan 4 dengan H = Hc dari persamaan (5), maka

diperoleh persaman sebagai berikut.

( �)_��� = ��

2

4�_� (4)

Nilai suatu (BH)max dari suatu magnet permanen dinyatakan dalam satuan J.m-3,

menjadi parameter penting oleh karena nilai tersebut berbanding terbalik dengan volume magnet. Dengan perkataan lain, makin besar nilai (BH)max makin besar pula

energi yang tersedia.

Sejak ditemukan fasa magnetik Pr2Fe14B pada tahun 1983, telah banyak

penelitian yang dilakukan untuk mencapai nilai (BH)max tertinggi. Untuk fasa

Pr2Fe14B, besarnya nilai (BH)max berdasarkan persamaan (4) adalah 512 kJ.m-3.

Berbagai usaha teknik preparasi telah dikembangkan dan desain mikrostruktur dioptimalkan. Namun, nilai (BH)max dari magnet permanen Pr-Fe-B tertinggi yang

pernah dicapai pada skala laboraturium baru mencapai ~ 400 kJ.m-3, yaitu kira – kira 78% dari nilai intrinsiknya. Jelaslah, penelitian tentang magnet Pr-Fe-B masih terus berlanjut meskipun pada saat ini magnet permanen kelas ini telah diproduksi secara komersial.

2.5.3 Temperatur Curie

Temperatur Curie (TC) dapat didefinisikan sebagai temperatur kritis dimana terjadi

perubahan dari keteraturan feromagnetik menjadi paramagnetik. Dengan kata lain, di atas TC, material memiliki magnetisasi yang terlalu rendah bagi magnet. Dengan

demikian TC juga merepresentasikan kekuatan interaksi pertukaran antar spin – spin

elektron atom. Suatu magnet diharpakan memiliki ketahanan yang baik terhadap temperatur, terutama pada aplikasi – aplikasi dinamik, seperti motor dan generator. Dalam kasus ini perubahan temperatur diharapkan tidak mengurangi sedikitpun magnetisasi magnet agar unjuk kerja magnet tetap tinggi. Hal ini mungkin dapat terjadi apabila magnet tersebut memiliki TC yang tinggi (Manaf, 2013).

2.6 Resin Epoksi

Epoksi adalah suatu kopolimer, terbentuk dari dua bahan kimia yang berbeda. Ini disebut sebagai "resin" dan "pengeras". Resin ini terdiri dari monomer atau polimer rantai pendek dengan kelompok epoksida di kedua ujung. Epoksi resin paling umum yang dihasilkan dari reaksi antara epiklorohidrin dan bisphenol-A, meskipun yang terakhir mungkin akan digantikan dengan bahan kimia yang serupa. Pengeras terdiri dari monomer polyamine, misalnya Triethylenetetramine (Teta). Ketika senyawa ini dicampur bersama, kelompok amina bereaksi dengan kelompok epoksida untuk membentuk ikatan kovalen. Setiap kelompok NH dapat bereaksi dengan kelompok epoksida, sehingga polimer yang dihasilkan sangat silang, dan dengan demikian kaku dan kuat. Proses polimerisasi disebut "curing", dan dapat dikontrol melalui suhu, pilihan senyawa resin dan pengeras, dan rasio kata senyawanya; proses dapat berlangsung beberapa jam. Beberapa formulasi manfaat dari pemanasan selama masa curing, sedangkan yang lainnya hanya memerlukan waktu, dan suhu ambien.

Dalam bentuk asli epoksi resin keras dan getas. Epoksi resin adalah termasuk kelompok plastik thermosetting. Yaitu tidak meleleh lagi jika dipanaskan. Pengerasannya terjadi karena reaksi polimerisasi, bukan pembekuan. Oleh karena itu epoksi resin tidak mudah didaur ulang.

Resin epoksi mampu bereaksi dengan pengeras yang cocok untuk membentuk matriks silang dengan kekuatan besar dan daya ikat yang sangat baik untuk berbagai macam subtrat. Hal ini membuat resin epoksi ideal untuk aplikasi perekat yang membutuhkan kekuatan ikat tinggi. Beberapa karakteristik unik resin epoksi yaitu hampir tidak mengalami penyusutan selama proses curing, ketahanan kimia yang baik, kemampuan untuk mengikat subtrat yang tidak berpori dan fleksibilitas yang besar (Goulding, 2003).

Resin epoksi, secara kimia mempunyai daya tahan. Epoksi ini tahan lama, lemas dan liat, dapat dibuat lapisan pelindung yang baik. Bahan ini terutama dipakai untuk cat dasar, pelapis dan pernis, serta sebagai bahan pinggiran kaleng, drum, pipa tangki, dan mobil-mobil tangki. Sebagai bahan perekat epoksi ini sangat menonjol. Juga telah semakin meningkat pemakaiannya untuk mencetak, mengecor, dan melaminasi. Lapisan atau lapisan gabungan, dari produk damar epoksi dan serat kaca telah digunakan secara meluas dalam aliran listrik, pesawat udara, pipa saluran, perumahan, tangki dan peralatan atau perkakas.

2.7 Bakelit

Bakelit atau polyoxybenzylmethylenglycolanhydride, adalah plastik awal. Ini adalah resin formaldehida thermosetting fenol, terbentuk dari reaksi eliminasi fenol dengan formaldehida. Ini dikembangkan oleh kimiawan kelahiran Belgia Leo Baekeland di New York pada tahun 1907.

Salah satu plastik pertama yang dibuat dari komponen sintetik, Bakelit digunakan untuk nonconductivity listrik dan properti tahan panas di isolator listrik, casing radio dan telepon, dan produk-produk yang beragam seperti dapur, perhiasan, batang pipa, dan mainan anak-anak. Bakelit ini ditetapkan sebagai National Historic Landmark Kimia pada tahun 1993 oleh American Chemical Society sebagai pengakuan atas pentingnya sebagai plastik sintetis pertama di dunia.

Dalam aplikasi industrinya, bakelit adalah sangat cocok untuk industri listrik dan mobil karena ketahanannya yang luar biasa tinggi - tidak hanya untuk listrik, tetapi untuk aksi panas dan kimia.

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan selama 4 bulan, dimulai dari tanggal 4 Maret 2013 sampai 21 Juni 2013 di beberapa tempat yaitu:

1. Pusat Penelitian Fisika (PPF) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Puspiptek Serpong.

2. Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi (P2ET) Lembaga IlmuPengetahuan Indonesia (LIPI) Bandung.

3. Sentra Teknologi Polimer (STP) Badan Pengkajian Teknologi Polimer (BPPT) Puspiptek Serpong.

3.2 Bahan dan Peralatan Penelitian 3.2.1 Bahan

a. Serbuk Praseodymium Iron Boron (Pr-Fe-B), berfungsi sebagai bahan baku dalam pembuatan magnet.

b. Serbuk bakelit, adalah bahan polimer termoseting yang berfungsi sebagai binder (perekat) dalam bonded magnet.

c. Resin epoksi cair, adalah bahan polimer termoseting yang berfungsi sebagai binder (perekat) dalam bonded magnet.

3.2.2 Peralatan Penelitian

a. Spatula, sebagai alat untuk mengambil serbuk bahan baku pembuatan sampel. b. Neraca digital 4 digit, berfungsi sebagai alat untuk menimbang bahan-bahan

yang akan digunakan dalam pembuatan sampel magnet.

c. Mortar, berfungsi sebagai tempat mencampurkan serbuk magnet dengan polimer.

d. Cetakan (moulding), berfungsi sebagai wadah cetakan sampel magnet berbentuk pelet.

e. Hydraulic press, berfungsi sebagai alat kompaksi, memiliki kapasitas tekanan piston maksimum 700 kgf/cm2.

f. Cawan, sebagai tempat meletakkan sampel saat proses pengeringan. g. Oven, berfungsi untuk mengeringkan sampel setelah dikompaksi.

h. Jangka sorong, berfungsi sebagai alat ukur dimensi tebal dan diameter sampel magnet.

i. Magnet-Physic Dr. Steingroever GmbH Impulse Magnetizer K-Series, berfungsi sebagai alat magnetisasi sampel yang telah dicetak.

j. Gaussmeter, sebagai alat untuk mengukur besarnya medan magnet permukaan sampel magnet.

k. SEM-EDX, berfungsi sebagai alat karakterisasi struktur mikro dari sampel. l. Magnet-Physic Dr. Steingroever GmbH Permagraph C, berfungsi sebagai alat

karakterisasi sifat magnetik dari sampel dan menghasilkan kurva histerisis. m. Universal Testing Machine, berfungsi sebagai alat karakterisasi sifat mekanik

dari sampel.

3.3 Tahapan Penelitian

Penelitian yang dilakukan meliputi: preparasi serbuk, pencampuran dengan mortar tangan, pencetakan, pengeringan, magnetisasi, dan karakterisasi bahan. Berikut ini merupakan diagram alir tahapan penelitian yang dilakukan:

Gambar 3.1 Tahapan Penelitian Pembuatan dan Karakterisasi Bonded Magnet Permanen Pr-Fe-B

3.3.1 Pencampuran Bahan Baku

Tahapan preparasi bahan baku, yaitu serbuk Praseodymium Iron Boron dan masing-masing polimer (bakelit dan resin epoksi) ditimbang dengan perbandingan rasio 98:2, 96:4, 94:6, dan 92:8 (% berat) dengan total massa sampel uji seberat 8 gram. Kedua bahan tersebut kemudian dicampurkan melalui proses pencampuran menggunakan mortar. Proses pencampuran dilakukan sampai kedua bahan baku tercampur secara merata.

Proses kompaksi

Total massa sampel = 8 gram, mortar tangan Powder Pr-Fe-B

ρ = 7.61 g/cm3

Mencampur powder Pr-Fe-B dengan masing-masing komposisi polimer

(98:2, 96:4, 94:6, 92:8 % wt)

Polimer ρ epoksi = 1.12 g/cm3

ρ bakelit = 1.36 g/cm3

Pengeringan sampel

Magnetisasi

Karakterisasi Sifat Fisis (densitas, kekerasan, kuat tekan dan struktur mikro)

Karakterisasi Sifat Magnetik (Kuat medan dan kurva

histerisis) Hydraulic press, P = 5 ton/cm2, 2 menit

T = 150°C, 2 jam (bakelit) T = 27°C, 24 jam (epoksi)

3.3.2 Pembuatan Sampel Uji

Pembuatan sampel uji dilakukan dengan teknik penekanan (dry compression moulding). Sebelum serbuk sampel dimasukkan ke dalam cetakan, dinding cetakan terlebih dahulu diolesi dengan pelumas agar mempermudah proses penekanan.

Serbuk Pr-Fe-B sebanyak 8 gram yang telah dicampur dengan polimer dimasukkan ke dalam cetakan kemudian dilakukan kompaksi dengan hydraulic press dengan tekanan sampel 5 tonf/cm2 dan ditahan selama 2 menit untuk memperoleh sampel dengan kekuatan yang mencukupi agar mudah dikeluarkan dari cetakan dan tidak rusak pada saat pengeringan. Hasil cetakan berupa pelet dengan ukuran rata-rata diameter 20 mm dan tebal 5 mm.

3.3.3 Proses Pengeringan dan Magnetisasi

Proses pengeringan pada bonded magnet permanen Pr-Fe-B dilakukan dengan cara pemanasan sampel yang telah dicetak dalam oven listrik dengan temperatur 150°C dan ditahan selama 2 jam untuk bonded magnet dengan bakelit, sementara untuk bonded dengan resin epoksi dikeringkan pada suhu kamar selama 24 jam. Sampel yang telah dikeringkan ini kemudian dimagnetisasi dengan menggunakan Impulse magnetizer. Sampel diberikan tegangan kejut sebesar 1.5 kV dan dengan arus rata-rata 5.28 kA.

3.4 Karakterisasi

Karakterisasi yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi sifat fisis (densitas, struktur mikro, kekerasan dan kuat tekan) dan sifat magnet (kurva histerisis dan kuat medan magnet).

3.4.1 Densitas

Nilai densitas suatu sampel adalah ukuran kepadatan dari suatu sampel yang dapat dihasilkan dari beberapa cara. Salah satu metode yang paling sederhana adalah dengan metode pengukuran dimensi, yaitu mengukur dimensi volume dan massa sampel. Densitas sampel dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut:

=� �

Di mana = densitas sampel (g/cm3) m = massa sampel (g)

v = volume dimensi sampel (cm3)

3.4.2 Struktur Mikro

Mikro struktur dapat dianalisis salah satunya dengan menggunakan pengujian menggunakan SEM-EDX. Tujuan dilakukannya pengujian ini adalah adalah untuk mengetahui struktur mikro sampel serta mengetahui unsur yang terdapat dalam sampel tesebut.

3.4.3 Kekerasan

Pada penelitian ini digunakan pengukuran kekerasan dengan metode Brinell. Pengujian kekerasan dengan metode Brinell dilakukan dengan cara mengidentifikasi permukaan logam dengan sebuah bola baja berdiameter 10 mm pada beban 3000 kg. Untuk metal ringan beban dikurangi hingga 500 kg untuk menghindari terjadinya tekanan yang terlalu dalam, dan untuk logam yang sangat keras digunakan bola karbid tungsten untuk meminimalisir distorsi dari indenter. Beban diberikan dengan standar waktu, biasanya 30 sekon, dan diameter lekukan hasil penekanan diukur dengan mikroskop daya rendah setelah beban dihilangkan. Permukaan yang akan diuji harus relatif halus. Brinell Hardness Number (BHN) dinyatakan dengan persamaan di bawah ini:

�� = �

�/2 (� − �2_{− �}2₎

Di mana P = beban yang diberikan (kg) D = diameter bola (mm)

Harus diperhatikan bahwa satuan BHN adalah kilogram per millimeter kuadrat (Dieter, 1986).

3.4.4 Kuat Tekan

Untuk pengujian kuat tekan menggunakan alat Universal Testing Machine (UTM), yang memiliki maksimal beban 100 kN. Nilai kuat tekan dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

� =����

0

Di mana s = kuat tekan (Pa)

P = beban yang diberikan (kN)

A = luas permukaan sampel yang dikenai beban (mm2)

3.4.5 Sifat Magnet

Untuk karakterisasi sifat magnet menggunakan Permagraph yaitu alat yang dapat menganalisis sampel dengan keluaran berupa kurva histerisis yang dilengkapi dengan nilai induksi remanens (Br) dan gaya koersif (Hc). Sedangkan untuk mengukur kuat medan magnet di permukaan sampel digunakan Gaussmeter.

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Sifat Fisis

Penelitian mengenai pengaruh komposisi polimer terhadap karakterisasi bonded magnet Praseodymium Iron Boron (Pr-Fe-B) ini mengamati sifat fisis yang meliputi densitas, kekerasan, kuat tekan dan struktur mikro.

4.1.1 Densitas

Hasil pengukuran densitas pada bonded magnet permanen dengan variasi komposisi polimer ditentukan dengan menggunakan pengukuran densitas dimensional. Hasil pengukuran nilai densitas disajikan pada Tabel 4.1 berikut:

Tabel 4.1 Data hasil pengukuran densitas

Komposisi (% wt) Densitas (g/cm

3

)

Bakelit Resin Epoksi

2 5.305 5.044

4 5.004 4.851

6 4.887 4.767

8 4.523 4.741

Dari Tabel 4.1 di atas dapat dibuat grafik hubungan antara nilai densitas terhadap variasi komposisi polimer seperti gambar di bawah ini:

(a)

(b)

Gambar 4.1 Pengaruh komposisi perekat terhadap densitas bonded magnet Pr-Fe-B (a) Bakelit (b) Resin epoksi

Dari Gambar 4.1 terlihat bahwa nilai densitas cenderung menurun dengan bertambahnya jumlah komposisi polimer pada bonded magnet Pr-Fe-B. Adanya penurunan densitas ini menunjukkan terjadinya proses pengurangan kepadatan akibat

5.305 5.004 4.887 4.523 4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4

0 2 4 6 8 10

D e n si tas (gr /c m 3)

Komposisi Perekat (% wt)

5.0444 4.851 4.767 4.741 4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2

0 2 4 6 8 10

D e n si tas (gr /c m 3)

pengaruh campuran polimer pada bahan bonded magnet Pr-Fe-B. Hal ini disebabkan oleh densitas polimer yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan densitas serbuk Pr-Fe-B (densitas bakelit = 1.36 g/cm3; resin epoksi = 1.12 g/cm3; serbuk Pr-Fe-B = 7.61 g/cm3). Nilai densitas yang paling tinggi terdapat pada komposisi polimer 2% berat yaitu 5.305 g/cm3 untuk bonded magnet dengan bakelit dan 5.044 g/cm3 untuk bonded magnet dengan resin epoksi. Sedangkan nilai densitas paling rendah terdapat pada komposisi polimer 8% (% wt) yaitu 4.523 g/cm3 untuk bonded magnet dengan bakelit dan 4.741 g/cm3 untuk bonded magnet dengan resin epoksi. Hasil nilai densitas yang tinggi pada bahan bonded magnet ini disebabkan karena distribusi serbuk magnet Pr-Fe-B yang merata dalam matriks polimer dan sedikitnya jumlah pori yang terjadi (Drak, 2008).

4.1.2 Kekerasan

Nilai kekerasan sampel bonded magnet Pr-Fe-B diperoleh dengan metode Brinell. Hasil pengukuran kekerasan sampel magnet disajikan pada Tabel 4.2 berikut:

Tabel 4.2 Data hasil pengukuran kekerasan

Komposisi (% wt) Kekerasan (BHN)

Bakelit Resin Epoksi

2 42.16 24.34

4 39.25 22.42

6 28.85 21.22

8 15.57 12.69

Dari Tabel 4.2 di atas dapat dibuat grafik hubungan komposisi polimer pada bonded magnet Pr-Fe-B terhadap kekerasan sebagai berikut:

Gambar 4.2 Pengaruh komposisi perekat terhadap kekerasan bonded magnet Pr-Fe-B

Dari Gambar 4.2 terlihat bahwa nilai kekerasan cenderung menurun dengan bertambahnya jumlah komposisi polimer pada bonded magnet Pr-Fe-B. Penurunan nilai kekerasan ini terjadi karena adanya bahan polimer yang memiliki karakteristik kekerasan yang cukup rendah sehingga nilai kekerasan akan menurun seiring bertambahnya komposisi polimer pada bonded magnet tersebut. Nilai kekerasan paling tinggi diperoleh saat komposisi polimer 2%, yaitu 42.2 dan 24.4 berturut-turut untuk polimer bakelit dan resin epoksi. Sedangkan kekerasan yang paling rendah pada komposisi polimer 8% yaitu 15.6 dan 16.0 berturut-turut untuk polimer bakelit dan resin epoksi. Semakin tinggi nilai kekerasan suatu bahan maka bahan tersebut akan semakin brittle (rapuh) sehingga nilai kekerasan yang rendah merupakan sifat yang menguntungkan bagi bahan bonded magnet.

42,2 39,2 28,8 15,6 24,4 22,4 21,2 16,0 10 20 30 40 50

2 4 6 8

K e ke rasan (B H N )

Komposisi Perekat (% wt)

Bakel it

Epok si

4.1.3 Kuat Tekan

Nilai kekuatan tekan sampel bonded magnet Pr-Fe-B diperoleh dengan pengujian menggunakan Universal Testing Machine. Hasil pengukuran kuat tekan sampel magnet disajikan pada Tabel 4.3 berikut:

Tabel 4.3 Data hasil pengukuran kuat tekan

Komposisi (% wt) Kuat Tekan (MPa)

Bakelit Resin Epoksi

2 101.39 63.28

4 106.32 74.52

6 122.96 77.23

8 125.63 108.54

Dari data di atas dapat dilihat bahwa penambahan komposisi polimer baik bakelit maupun resin epoksi meningkatkan nilai kekuatan tekan bonded magnet Pr-Fe-B. Peningkatan ini disebabkan selama proses kompaksi terjadi gaya ikat yang sangat baik antara polimer dan serbuk Pr-Fe-B. Dari penelitian lain diketahui faktor-faktor yang mempengaruhi sifat mekanik magnet bonded, antara lain bentuk partikel, nilai tekanan saat proses kompaksi dan teknologi pembuatan. Namun faktor terpenting adalah pada jenis dan komposisi polimer yang digunakan (Dobrzanski, 2006). Dari Tabel 4.6 di atas dapat dibuat grafik hubungan komposisi polimer pada bonded magnet Pr-Fe-B terhadap kekuatan tekan sebagai berikut:

Gambar 4.3 Pengaruh komposisi perekat terhadap kuat tekan bonded magnet Pr-Fe-B

4.1.4 Struktur Mikro

Pengamatan struktur mikro pada permukaan sampel dilakukan dengan perbesaran 4000 kali menggunakan SEM (Scanning Electron Microscopy). Sampel yang diamati adalah sampel dengan komposisi perekat (baik bakelit maupun resin epoksi) sebesar 2 %wt dapat dilihat pada gambar 4.4.

101,39 106,32 122,96 125,63 63,28 74,52 77,23 108,54 50 75 100 125 150

2 4 6 8

K u at Tek an ( M Pa)

Komposisi Perekat (% wt)

Bakelit

Epoksi

(b)

Gambar 4.4 Permukaan sampel bonded magnet Pr-Fe-B dengan perekat (a) bakelit (b) resin epoksi dengan perbesaran 4000 X

Distribusi partikel yang merata dan perekatan yang baik antara partikel Pr-Fe-B dan matriks polimer merupakan hal yang penting bagi kualitas suatu komposit. Ukuran partikel serbuk magnet juga memiliki peranan penting dalam penentuan perbandingan komposisi serbuk magnet dan perekat. Pada gambar di atas, partikel Pr-Fe-B ditunjukkan dalam warna abu-abu terang dan matriks polimer ditunjukkan dalam warna gelap. Meskipun pada partikel Pr-Fe-B masih terdapat variasi ukuran butir dan bentuk, namun telah terlihat bahwa serbuk Pr-Fe-B telah merekat baik denagn matriks polimer. Pada gambar 4.5 dapat dilihat komposisi penyusun sampel pada pengujian SEM-EDX untuk sampel dengan binder bakelit dan resin epoksi dengan komposisi 2 %wt.

(b)

Gambar 4.5 Komposisi penyusun sampel bonded magnet Pr-Fe-B dengan perekat (a) Bakelit (b) Resin Epoksi

Gambar 4.5 merupakan hasil SEM/EDS untuk sampel bonded magnet Pr-Fe-B dengan binder bakelit dan resin epoksi, dari gambar diketahui adanya berbagai komposisi massa dari beberapa unsur antara lain C sebesar 11,19%, O sebesar 3,91%, Fe sebesar 61,02%, Pr sebesar 7,21%, Nd sebesar 15,59% dan Si sebesar 1,08% untuk bonded magnet dengan binder bakelit. Sedangkan untuk bonded magnet dengan binder resin epoksi diketahui komposisi massa unsur C sebesar 21,57%, O sebesar 7,15%, Fe sebesar 50,49%, Pr sebesar 11,90%, Nd sebesar 6,53% dan Si sebesar 2,36%. Dari data ini terlihat bahwa unsur yang paling banyak terbentuk adalah Fe dan sisanya adalah logam tanah jarang (Pr, Nd) dan karbon.

4.2 Sifat Magnet

Penelitian ini mengamati sifat magnet berupa kuat medan magnet, kurva histerisis yang meliputi nilai induksi remanen (Br), nilai koersivitas (Hc) dan energi produk maksimum (BH)max.

4.2.1 Kuat Medan

Nilai kuat medan magnet diperoleh dengan pengukuran langsung menggunakan Gaussmeter. Nilai yang diambil merupakan nilai tertinggi dari beberapa titik pengukuran pada sampel. Hasil pengukuran kuat medan magnet disajikan pada Tabel 4.4 berikut:

Tabel 4.4 Data hasil pengukuran kuat medan magnet

Komposisi (% wt) Kuat Medan Magnet (gauss)

Bakelit Resin Epoksi

2 1186 1110

4 1150 1070

6 1129 1067

Dari Tabel 4.4 di atas dapat dibuat grafik hubungan antara nilai kuat medan terhadap variasi komposisi polimer seperti gambar di bawah ini:

Gambar 4.6 Pengaruh komposisi perekat terhadap kuat medan bonded magnet Pr-Fe-B

Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa berkurangnya komposisi serbuk Pr-Fe-B menyebabkan penurunan kuat medan magnet. Kuat medan magnet tertinggi diperoleh pada komposisi serbuk Pr-Fe-B sebanyak 98 %wt, yaitu 1185.7 gauss untuk bakelit dan 1110 gauss untuk resin epoksi. Nilai tersebut terus menurun seiring bertambahnya komposisi resin epoksi pada bonded magnet Pr-Fe-B. Bertambahnya komposisi bahan non-magnet (matriks polimer) tentu menyebabkan berkurangnya komposisi serbuk magnet Pr-Fe-B, hal ini yang mengakibatkan kuat medan bonded magnet Pr-Fe-B menurun.

4.2.2 Kurva Histerisis

Nilai induksi remanen (Br) dan nilai koersivitas (Hc) suatu bahan magnet dapat diketahui melalui kurva histerisis yang diperoleh dari pengujian sampel menggunakan Permagraph. 1186 1150 1129 1104 1110 1070 ₁₀₆₇ 1063 1000 1050 1100 1150 1200

2 4 6 8

K u at M ed an ( gau ss)

Komposisi Perekat (% wt)

Bakelit

Resin Epoksi

Hasil pengujian berupa kurva histerisis yang menjelaskan besarnya nilai induksi remanen (Br), koersivitas (Hc) dan nilai energi produk maksimum (BH)max untuk magnet permanen bonded Pr-Fe-B. Pada gambar 4.3 diperlihatkan kurva histerisis dari sampel magnet permanen bonded Pr-Fe-B.

Gambar 4.7 Histerisis sampel bonded magnet Pr-Fe-B dengan perekat

Data hasil uji kurva histerisis untuk sampel bonded magnet Pr-Fe-B dengan polimer bakelit dan resin epoksi dapat disajikan pada Tabel 4.3 berikut:

Tabel 4.5 Data hasil pengujian sifat magnetik sampel bonded magnet Pr-Fe-B

No Polimer Br (kG) HcJ (kOe) (BH)max (MGOe)

1 Bakelit 2% 6.63 6.962 7.98

2 Resin Epoksi 2% 5.50 5.868 4.92

Pada kurva histerisis di atas, terlihat bahwa bonded magnet Pr-Fe-B dengan matriks polimer (bakelit dan resin epoksi) merupakan hard magnetic material (material magnet permanen). Bahan magnet keras (magnet permanen) ditandai dengan nilai koersivitas Hc di atas 200 Oe, dimana Hc ini menyatakan besar medan magnet balik

-10 -5 0 5 10

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

H

[kOe

]

B [kG]

Bakelit Epoksi

yang dibutuhkan untuk meniadakan kemagnetan suatu bahan. Sedangkan untuk kekuatan magnet (magnetic field) ditentukan oleh besarnya remanensi (Br) dari suatu bahan, yaitu induksi magnet yang tersisa di dalam bahan setelah pengaruh medan magnet luar ditiadakan. Kedua besaran ini secara langsung dapat dilihat dari kurva histerisis. Energi produk maksimum (BH)max dari magnet tersebut dihasilkan dari nilai maksimal hasil perkalian antara B dan H pada kuadran kedua kurva histerisis. Semakin tinggi nilai remanansinya, maka gaya koersif dan kurva histerisis semakin

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian yang telah dilakukan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:

1. Telah berhasil dibuat bonded magnet pemanen berbasis Pr-Fe-B dengan karakterisasi sifat magnet optimum diperoleh pada komposisi bakelit dan resin epoksi sebesar 2 %wt.

2. Pada bonded magnet dengan perekat bakelit diperoleh karakteristik nilai densitas sebesar 5,30 g/cm3, kuat tekan 101,4 MPa, kekerasan 42,2 BHN, kuat medan magnet 1185,7 gauss, induksi remanen 6,63 kG, koersivitas 6,962 kOe dan energi produk maksimum 7,98 MGOe.

3. Pada bonded magnet dengan perekat resin epoksi diperoleh karakteristik nilai densitas sebesar 5,04 g/cm3, kuat tekan 63,3 MPa, kekerasan 24,4 BHN, kuat medan magnet 1100 gauss, induksi remanen 5,50 kG, koersivitas 5,868 kOe dan energi produk maksimum 4,92 MGOe.

4. Dengan karakteristik yang didapat, maka bonded magnet permanen ini sudah memungkinkan untuk digunakan sebagai komponen rotor dalam pembuatan generator sebagai salah satu aplikasinya.

5. Sifat fisis bonded magnet permanen dipengaruhi komposisi perekat yang digunakan. Densitas sampel menurun seiring bertambahnya komposisi perekat, sedangkan kekerasan dan kuat tekan meningkat secara kualitatif seiring bertambahnya komposisi perekat. Sementara itu, sifat magnet dipengaruhi komposisi serbuk magnet Pr-Fe-B, semakin banyak komposisi perekat maka komposisi serbuk magnet akan berkurang, hal inilah yang menyebabkan sifat magnet menurun, karena perekat pada bonded magnet Pr-Fe-B tersebut merupakan bahan non-magnet.

5.2Saran

Berdasarkan penelitian mengenai pembuatan bonded magnet permanen berbasis Pr-Fe-B dengan variasi komposisi binder yang telah dilakukan masih banyak yang harus diperhatikan yaitu,

1. Dalam teknik pembuatan bonded magnet Pr-Fe-B, pencampuran serbuk Pr-Fe-B dengan binder bakelit dan resin epoksi harus diaduk secara merata agar distribusi polimer dalam sampel merata dan terlihat pengaruh signifikan dari variasi komposisi polimer.

2. Parameter dalam proses pembuatan seperti perhitungan komposisi serbuk magnet dan polimer, lama proses kompaksi, besar tekanan dalam proses kompaksi dan temperatur pengeringan harus diperhatikan.

3. Diperlukan penelitian lebih lanjut mengenai peningkatan ketahanan korosi misalnya proses pelapisan, di mana korosi merupakan salah satu kelemahan dari bonded magnet permanen berbasis Pr-Fe-B.

DAFTAR PUSTAKA

Chu, Steven., 2011. Critical Materials Strategy, United States Department of Energy Deswita, Pembuatan dan Karakterisasi Rigid Bonded Magnet Berbasis Logam Tanah

Jarang (Nd-Fe-B) Berperekat Resin Poliester, Jurnal Sains Materi Indonesia. 2007. 126-131

Dieter, George E., 1986. Mechanical Metalurgy. 3rd Edition. Mc Graw-Hill Book. New York. P.326

Dobrzanski, L.A, et.al., Mechanical Properties and The Structure of Magnetic Composite Materials. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. 2006. 18 (1-2). 79-82

Drak, M, et al., Manufacturing of Hard Magnetic Composite Materials Nd-Fe-B. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. 2008. 31 (1). 91-96

Drak, M, et al., Hard Magnetic Materials Nd-Fe-B/Fe With Epoxy Resin Matrix. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. 2007. 24 (2). 63-66

Fraden, Jacob, 2010. Handbook of Modern Sensors : Physics, Designs, and Applications, 4th Ed. USA : Springer, p. 73

Goulding, T.M., 2003. Handbook Of Adhesive Techonology, 2nd Edition, Taylor & Francis Group, LLC, Ch. 43

Halliday and Resnick, 1978. Fisika. Jilid 2. Terjemahan Pantur Silaban dan Erwin Sucipto. 1992. Erlangga. Jakarta

Ihsan, M., Ketahanan Korosi Bahan Magnet Berbasis Rigid Bonded Magnet (RBM), Jurnal Sains Materi Indonesia. 2005. 7 (1). 55-59

Jasna Stajic-Trosic, Mirko Stijepovic, Jasmina Stevanovic, Radoslav Aleksic and Aleksandar Grujic (2011). Magnetic and Dynamic Mechanical Properties of Nd-Fe-B Composite Materials with Polymer Matrix, Metal, Ceramic and Polymeric Composites for Various Uses, Dr. John Cuppoletti (Ed.), ISBN: 978-953-307-353-8, InTech,

Kokabi, Mehrdad, et al,. Nd2Fe14B Permanent Polymeric Composite Magnets,

Krauss, J.D. 1970. Listrik Magnet. Terjemahan T. Simanjuntak. Alumni Bandung. Bandung.

Kristiantoro, Tony, et al., Pembuatan dan Karakterisasi Magnet Bonded NdFeB Dengan Teknik Green Compact, Jurnal Fisika dan Aplikasinya, 2013. 9 (1). 9-11

Kurniawan, Candra, Ayu Yuswita, dan Muljadi, Pembuatan Rigid Bonded Magnet Berbasis Pr-Fe-B untuk Komponen Generator Listrik Mini, Prosiding Seminar Nasional Kimia Terapan Indonesia, 2013. (In Press).

Manaf, Azwar., Magnet Permanen. Laporan SINAS 2013 - Intensif Course on Magnetism and Magnetic Material, 1-21

Saramolee, P., Cure and Mechanical Properties of Recycled NdFeB-Natural Rubber Composites, Bull Mater Sci, 2010. 33 (5). 597-601

Sardjono, Prijo., Inovasi Teknologi Pembuatan Magnet Permanen Untuk Membangun Industri Magnet Nasional, Prosiding InSINas, 2012, 102-108

Sudirman, Analisis Sifat Mekanik Magnet Komposit Berbasis Heksaferit dengan Matriks Poliester dan Epoksi pada Penambahan Aditif Silan, Jurnal Sains Materi Indonesia. 2003. 5 (1). 39-44

Sudrajat, Nanang., Fabrikasi magnet Permanen Bonded NdFeB untuk Prototipe Generator, Jurnal Fisika dan Aplikasinya. 2013. 9 (1). 12-14

Vlack, Lawrence H. Van., 2004, Elemen-Elemen Ilmu dan Rekayasa Material, Edisi ke-6, Erlangga : Jakarta. 457-458.