Pengaruh Komposisi Polyvinyl Butyral (PVB) Pada Pembuatan Bonded Magnet Terhadap Mikrostruktur, Sifat Fisis dan Magnet

LAMPIRAN 1

Peralatan dan Bahan Penelitian

1. Bahan

Serbuk Magnet NdFeB Polyvinyl Butyral (PVB) 2. Alat

Spatula Neraca Digital 4 Digit

Beaker Glass Jangka Sorong

Gaussmeter SEM-EDX

LAMPIRAN 2

Perhitungan Densitas Sampel Bonded Magnet NdFeB

1. Sampel untuk PVB 0%

a. Dik : m = 7,41 gr d = 1,89 cm

t = 0,52 cm Dit : ρ = …?

Penyelesaian :

V = d2 t

= x (1,89 cm)2 x 0,52 cm =1,52 cm3 ρ = =

= 4,88 gr/cm 3 b. Dik : m = 7,81 gr d = 1,89 cm

t = 0,54 cm Dit : ρ = …?

Penyelesaian :

V = d2 t

= x (1,89 cm)2 x 0,54 cm =1,52 cm3 ρ = =

= 5,15 gr/cm 3

1. Sampel untuk PVB 2%

a. Dik : m = 7,62 gr d = 1,85 cm

t = 0,52 cm Dit : ρ = …?

Penyelesaian :

V = d2 t

= x (1,85 cm)2 x 0,52 cm =1,38 cm3 ρ = =

= 5,49 gr/cm 3 b. Dik : m = 7,64 gr d = 1,85 cm

t = 0,49 cm Dit : ρ = …?

Penyelesaian :

V = d2 t

ρ = =

= 5,82 gr/cm 3 3. Sampel untuk PVB 4%

a. Dik : m = 7,75 gr d = 1,89 cm

t = 0,50 cm Dit : ρ = …?

Penyelesaian :

V = d2 t

= x (1,89 cm)2 x 0,50 cm =1,39 cm3 ρ = =

= 5,55 gr/cm 3 b. Dik : m = 7,70 gr d = 1,84 cm

t = 0,55 cm Dit : ρ = …?

Penyelesaian :

V = d2 t

= x (1,84 cm)2 x 0,55 cm =1,45 cm3 ρ = =

= 5,29 gr/cm 3 4. Sampel untuk PVB 6%

a. Dik : m = 5,80 gr d = 1,86 cm

t = 0,42 cm Dit : ρ = …?

Penyelesaian :

V = d2 t

= x (1,86 cm)2 x 0,42 cm =1,13 cm3 ρ = =

= 5,14 gr/cm 3 b. Dik : m = 6,94 gr d = 1,88 cm

t = 0,45 cm Dit : ρ = …?

Penyelesaian :

V = d2 t

= x (1,88 cm)2 x 0,45 cm =1,24 cm3 ρ = =

= 5,15 gr/cm 3 5. Sampel untuk PVB 7%

d = 1,85 cm t = 0,50 cm Dit : ρ = …?

Penyelesaian :

V = d2 t

= x (1,85 cm)2 x 0,50 cm =1,36 cm3 ρ = =

= 4,88 gr/cm 3 b. Dik : m = 6,68 gr d = 1,88 cm

t = 0,50 cm Dit : ρ = …?

Penyelesaian :

V = d2 t

= x (1,88 cm)2 x 0,50 cm =1,39 cm3 ρ = =

= 4,82 gr/cm 3

LAMPIRAN 3

HASIL PENGUJIAN SEM-EDX

1. PVB 2 %

Mareanus Mendrofa

12/04/2016 14:31:54

Spectrum processing :

Peaks possibly omitted : 1.500, 1.730, 12.790 keV

Processing option : All elements analyzed (Normalised) Number of iterations = 3

Standard :

C CaCO3 1-Jun-1999 12:00 AM O SiO2 1-Jun-1999 12:00 AM Fe Fe 1-Jun-1999 12:00 AM Co Co 1-Jun-1999 12:00 AM Nd NdF3 1-Jun-1999 12:00 AM

Element Weight% Atomic%

C K 8.84 33.65

O K 2.03 5.81

Fe K 60.19 49.26 Co K 4.60 3.57 Nd L 24.33 7.71

Mareanus Mendrofa

12/04/2016 14:32:31

Spectrum processing : No peaks omitted

Processing option : All elements analyzed (Normalised) Number of iterations = 3

Standard :

C CaCO3 1-Jun-1999 12:00 AM O SiO2 1-Jun-1999 12:00 AM Fe Fe 1-Jun-1999 12:00 AM Co Co 1-Jun-1999 12:00 AM Nd NdF3 1-Jun-1999 12:00 AM

Element Weight% Atomic%

C K 6.76 29.21

O K 0.47 1.54

Fe K 59.26 55.06 Co K 4.11 3.62 Nd L 29.39 10.57

Mareanus Mendrofa

12/04/2016 14:32:52

Spectrum processing : No peaks omitted

Processing option : All elements analyzed (Normalised) Number of iterations = 2

Standard :

C CaCO3 1-Jun-1999 12:00 AM O SiO2 1-Jun-1999 12:00 AM Fe Fe 1-Jun-1999 12:00 AM Co Co 1-Jun-1999 12:00 AM Nd NdF3 1-Jun-1999 12:00 AM

Element Weight% Atomic%

C K 22.42 60.64

O K 2.65 5.39

Fe K 44.62 25.96 Co K 3.64 2.01 Nd L 26.67 6.01

12/04/2016 14:28:45

Mareanus Mendrofa

12/04/2016 14:28:47

Spectrum processing :

Peaks possibly omitted : 1.497, 12.780 keV

Processing option : All elements analyzed (Normalised) Number of iterations = 3

Standard :

C CaCO3 1-Jun-1999 12:00 AM O SiO2 1-Jun-1999 12:00 AM Fe Fe 1-Jun-1999 12:00 AM Co Co 1-Jun-1999 12:00 AM Zn Zn 1-Jun-1999 12:00 AM Nd NdF3 1-Jun-1999 12:00 AM

Element Weight% Atomic%

C K 7.43 29.51

O K 2.15 6.42

Fe K 60.83 51.95 Co K 4.90 3.96 Zn K -0.03 -0.02 Nd L 24.72 8.17

Mareanus Mendrofa

12/04/2016 14:30:40

Spectrum processing :

Peak possibly omitted : 3.317 keV

Processing option : All elements analyzed (Normalised) Number of iterations = 5

Standard :

C CaCO3 1-Jun-1999 12:00 AM O SiO2 1-Jun-1999 12:00 AM Si SiO2 1-Jun-1999 12:00 AM Cl KCl 1-Jun-1999 12:00 AM Fe Fe 1-Jun-1999 12:00 AM Co Co 1-Jun-1999 12:00 AM Nd NdF3 1-Jun-1999 12:00 AM

Element Weight% Atomic%

C K 65.92 81.26 O K 15.85 14.67 Si K 0.10 0.05 Cl K 0.23 0.09

Fe K 11.94 3.17 Co K 0.97 0.24 Nd L 4.99 0.51

Mareanus Mendrofa

12/04/2016 14:31:11

Spectrum processing :

Peaks possibly omitted : 1.740, 3.310 keV

Processing option : All elements analyzed (Normalised) Number of iterations = 4

Standard :

C CaCO3 1-Jun-1999 12:00 AM

O SiO2 1-Jun-1999 12:00 AMFe Fe 1-Jun-1999 12:00 AM Co Co 1-Jun-1999 12:00 AM

Nd NdF3 1-Jun-1999 12:00 AM

Element Weight% Atomic%

C K 66.67 82.63 O K 14.20 13.22 Fe K 12.51 3.34 Co K 0.89 0.23 Nd L 5.73 0.59

LAMPIRAN 4 DATA HASIL VSM

1. PVB 2 %

LAMPIRAN 5

DAFTAR PUSTAKA

Anwar N, Thahjono A dan Muljadi. 2011. Pembuatan Magnet Permanen Nd2Fe14B Melalui Metode Mechanical Alloying. Jakarta : Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah.

Aryanto D. dkk. 2014. Modifikasi Serbuk Bonded PrFeB dan Karaterisasinya. Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVIII HFI Jateng & D.I. Yogyakarta; Solo, 26 April 2014, Yogyakarta: LIPI .207-210.

Clauhan Pooja. 2010. Preparation and Characterization of Barium hexaferrite by Barium Monoferrite. (In Materials and Metalurgical Engineering School of physics and Material Science). [dissertation]. Punjab : Thapal University Patiala.

Drak M. 2008. Manufacturing of Hard Magnetic Composite Materials Nd-Fe-B. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. Fraden Jacob. 2010. Handbook of Modern Sensors : Physics, Designs and

Applications. Fourth Edition. USA. Pages : 73.

Farr Matthew. 2013. A Study on the Impact of Surface and Bulk Oxidation On The recyclability of NdFeB Magnet. M. Res. [Thesis]. University of Birmingham.

Havwini T. 2013. Pengaruh Komposisi Bakelit Dan Resin Epoksi Pada Pembuatan Bonded Magnet Permanen Pr-Fe-B. Medan : Universitas Sumatera Utara.

Halliday & Resnick. 1978. Fisika. Erlangga. Jakarta.

Handoko Erfan. dan Manaf, A. 2005. Studi Sifat Magnetik Material Magnet Sinter Nd-Fe-B. Jakarta : Universitas Indonesia.

Habibi Taufik. 2006. Pembuatan Magnet Komposit Berbasis Karet Alam dan Serbuk Magnet Barium Ferrite (Studi kasus di Universitas Negeri Semarang, Semarang). [Thesis]. Semarang: Universitas Negeri Semarang. Pragram Sarjana S-1.

Jiles D. 1998. Introduction Ti magnetism and magnectic material, 2nd Ed. London New York: chapman and hall.

49

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.

Kroschwitz J. 1990. Polymer Characterization and Analysis, John Wiley and Sons, Inc.,Canada.

Kraus J.D. 1970. Listrik Magnet. Terjemahan T. Simandjutak. 1970. Bandung : Alumni Bandung.

Marlina H. A. 2013. Pembuatan Magnet Bonded Permanen PrFeB dengan Binder Polyester dan Silicone Rubber. Medan : Universitas Sumatera Utara. Martinez M. 2010. Sebuah Pemahaman Dasar Scanning Electron Microscopy

(SEM) and Mikroskop Elektron (SEM) dan Energy Dispersive X-ray Detection (EDX) Energi dispersif X-ray Deteksi (EDX).http://karya_ilmiah.um.ac.id. [15 September 2010].

M. Sagawa, S. Fujimura, H. Yamamoto, Y. Matsuura and S. Hirosawa. J. Appl. Phys., 57 (1984), 2078

McCain Stephen. 2011. Characterisation of the Aqueous Corrosion Process in NdFeB Melt Spun Ribbon and MQI Bonded Magnets. University of Birmingham.

Oktaviana A. 2009, Teknologi Penginderaan Mikroskopi, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.

R. S. Saad, J. S. Najat and A. R. Adnan. 2008. Improve the Performance of Epoxy Resin and Poly (Vinyl Butyral) as an Aluminum Metal Adhesion. University of Technology. Baghdad – Iraq.

Ray Zailani. 2014. Hubungan Antara Ukuran Partikel pada Pembuatan Bonded Permanen Magnet Nd-Fe-B Terhadap Struktur Mikro dan Sifat Magnet. Medan : Universitas Sumatera Utara.

Tucker Maurice. 1988. Techniques in Sedimentology, Blackwell Scientific Publication, Oxford/London, England.

50

Yulianti E dan Mujamilah. 2005. Sifat Magnetik Bahan Komposit Berbasis Serbuk Magnet Ndfeb Hasil Milling Dan Polimer Termoplastik Lldpe. Tangerang : BATAN.

Yani Ahmad. 20116. Penentuan Parameter Model Jiles-Atherton Dengan Algoritma Genetika. [Tesis]. Jakarta : Universitas Indonesia.

BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 3.1.1 Tempat Penelitian

Pusat Penelitian Pengembangan Fisika (P2F) lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) PUSPITEK, Serpong.

3.1.2 Waktu Penelitian

Penelitian ini di lakukan selama 3 bulan, mulai dari tanggal 1 Februari 2016 sampai dengan tanggal 30 April 2016.

3.2 Bahan dan Alat 3.2.1 Bahan

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

1. Powder Neodymium Iron Boron (NdFeB) komersil type MQP-B.

Berfungsi sebagai bahan baku dalam pembuatan bonded magnet NdFeB.

2. Polyvinyl Butiral (PVB).

Berfungsi sebagai binder (pengikat) dalam bonded magnet NdFeB.

3.2.2 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian adalah : 1. Spatula

Berfungsi sebagai alat untuk mengambil serbuk bahan baku pembuatan sampel.

2. Neraca Digital 4 digit

Berfungsi sebagai alat untuk menimbang bahan-bahan yang akan digunakan dalam pembuatan sampel NdFeB.

3. Cetakan (Moulding)

Berfungsi sebagai wadah cetakan sampel berbentuk pellet. 4. Hydraulic Press

27

Berfungsi sebagai alat untuk mengkompaksi sampel NdFeB, memiliki kapasitas tekanan maksimum 100 ton.

5. Beaker Glass

Berfungsi Untuk mengukur volume sampel powder NdFeB dan powder Polyvinyl Butyral (PVB).

6. Jangka Sorong Digital

Berfungsi sebagai alat ukur dimensi sampel magnet. 7. Gaussmeter

Berfungsi sebagai alat untuk mengukur besarnya medan magnet permukaan sampel magnet.

8. SEM – EDX (Scanning Electron Microscopy – Energy Dispersive X-ray).

Berfungsi sebagai alat karakterisasi struktur mikro dari sampel. 9. VSM (Vibrating Sample Magnetometer).

Berfungsi sebagai alat untuk menganalisis sifat magnet dalam bentuk B-H.

10. Magnet Physic Dr. Steingroever GmbH Impulse Magnetizer X Series.

28

3.3 Diagram Alir Penelitian

Alur proses kerja yang dilakukan dalam pembuatan bonded magnet NdFeB akan ditunjukkan seperti pada gambar dibawah ini :

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian Pembuatan Bonded Magnet NdFeB Mulai

Powder Magnet NdFeB Type MQP-B ρ = 5.6 – 6.0 gr/cm3

Powder Polyvinyl Butyral (PVB) ρ = 1.08 gr/cm3

Pencampuran Powder Magnet NdFeB dengan Binder Polyvinyl Butyral (PVB) dengan Komposisi (98:2, 96:4, 94:6, 93:7) Selama ±30 menit

Proses Kompaksi

Karakterisasi Sifat Fisis :  Bulk Density

 Struktur Mikro

Menggunakan SEM-EDX

Magnetisasi

Karakterisasi Sifat Magnet :  Kuat Medan Magnet

 VSM

.

Hasil Total Massa

Sampel 8 gr

Hydraulic Press : F = 8 Tonf T = 160 0C t = 20 menit

29

3.4 Prosedur Penelitian

Pada prosedur penelitian yang dilakukan dalam pembuatan bonded magnet NdFeB dengan binder Polyvinyl Butiral (PVB) dimulai dengan tahap pencampuaran bahan baku, proses kompaksi, pengeringan sampel, dan magnetisasi.

3.4.1 Pencampuran Bahan Baku

Bahan baku magnet NdFeB yang digunakan pada bonded magnet NdFeB ini adalah Neodymium Iron Boron (NdFeB) sedangkan binder yang digunakan adalah powder Polyvinyl Butyral (PVB). Pada tahapan preparasi, sampel bonded magnet ditimbang menggunakan neraca dengan perbandingan komposisi NdFeB dan binder PVB 98:2, 96:4, 94:6 dan 93:7 (% berat) dengan total massa sampel uji sebesar 8 gram. Pencampuaran bahan baku NdFeB dengan bahan baku binder menggunakan Spatula. Setelah powder NdFeB dan binder PVB tercampur secara merata (homogen), sampel dimasukkan ke dalam cetakan (Moulding).

3.4.2 Proses Kompaksi

Setelah pencampuran bahan baku sampel NdFeB, selanjutnya dilakukan proses kompaksi menggunakan Hydraulic Press. Pada proses ini, sampel dikompaksi dengan gaya 8 tonf dan dengan waktu yang maksimal, sehingga didapat bentuk sampel yang diharapakan. Kompaksi pada sampel juga membuat sampel lebih padat karena diberikan tekanan yang besar.

3.4.3 Magnetisasi

Setelah dilakukan proses pencetakkan sampel menggunakan Hydraulic Press, tahap terkhir yang dilakukan pada sampel bonded magnet NdFeB adalah melakukan magnetisasi dengan menggunakan magnet Physic Dr. Steingroever

GmbH Impulse Magnetizer K-Series dengan tegangan (V) = 1500 Volt dan arus

(I) yang dihasilkan sekitar 5.90 – 5.98 kA.

3.5 Karakterisasi

Karakterisasi sampel yang dilakukan pada penelitian ini antara lain karakterisasi sifat fisis terdiri dari densitas, struktur mikro dan struktur kristal (Phase) dan karakterisasi magnetik (kuat medan magnet dan kurva histeresis).

30

3.5.1 Densitas

Nilai densitas suatu sampel merupakan suatu ukuran kepadatan dari suatu material atau sampel. Dalam menentukan densitas suatu sampel, dapat dilakukan dengan metode yang paling sederhana yaitu dengan metode pengukuran dimensi. Pada metode ini, sampel diukur dimensi volume (diameter dan ketebalannya) menggunakan Jangka Sorong dan masa sampel menggunakan timbangan digital. Densitas suatu sampel dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

ρ =

(3.1)

Dimana :

ρ = Densitas sampel (g/cm3) m = Massa sampel (g)

V = Volume dimensi sampel (cm3) 3.5.2 Struktur Mikro

Menganalisis struktur mikro dapat dilakukan dengan menggunakan pengujian menggunakan SEM – EDX (Scanning Electron Microscopy – Energy Dispersive X-ray) . SEM-EDX adalah alat dapat memberikan hasil detail permukaan sampel

dan objek secara mikroskopis. Tujuan dilakukannya pengujian analisis mikro struktur sampel ini adalah untuk mengetahui struktur permukaan dan komposisi unsur suatu sampel.

3.5.3 Karakterisasi VSM (Vibrating Sample Magnetometer).

Karakterisasi sifat magnet dan kuat medan magnet pada sampel NdFeB dapat dilakukan dengan menggunakan VSM (Vibrating Sample Magnetometer). Dengan meggunakan alat ini, sampel dapat dianalisis dengan keluaran berupa kurva histerisis yang dilengkapi dengan nilai induksi remanent (Br) dan gaya koersif (Hc). Pada saat pengukuran berlangsung, akan terjadi proses magnetisasi pada sampel, sehingga sampel akan memiliki sifat magnet setelah pengujian.

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

Karakterisasi Hasil Penelitian 4.1 Hasil Pengujian Sifat Fisis

Karakterisasi yang dilakukan pada penelitian ini untuk mengetahusi sifar fisis pada pembuatan bonded magnet NdFeB menggunakan binder Polyvinyl Butyral (PVB) adalah pengujian bulk density menggunakan metode pengukuran dimensi volume dan pengujian pada mikrostruktur menggunakan SEM.

4.1.1 Pengujian Bulk Densitas

Hasil pengukuran densitas pada pembuatan bonded magnet NdFeB dengan binder Polyvinyl butyral (PVB), ditentukan dengan menggunakan pengukuran Bulk Density. Dari hasil pengujian dan perhitungan besarnya densitas pada bonded magnet NdFeB suatu sampel dengan berbagai variasi komposisi bahan (% berat) binder ditunjukkan seperti pada tabel 4.1 berikut ini :

Tabel 4.1 Data hasil pengukuran dan Perhitungan bulk densitas bonded magnet NdFeB dengan variasi komposisi binder.

Binder % Berat PVB Bulk Densitas (ρ) gr/cm3

Polyvinyl Butyral ( PVB )

2% 5,66

4% 5,42

6% 5,36

7% 4,97

Dari tabel 4.1 diatas dapat dibuat grafik hubungan antara (% berat) binder polyvinyl Butyral (PVB) dengan nilai bulk densitas seperti pada gambar berikut ini :

32

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara % berat Polyvinyl Butyral (PVB) terhadap nilai bulk densitas pada bonded magnet NdFeB.

Pada gambar 4.1 diatas menunjukkan bahwa variasi komposisi binder Polyvinyl Butyral (PVB) sangat berpengaruh terhadap besarnya densitas pada bonded magnet NdFeB, dimana pada grafik tersebut nilai densitas paling tinggi diperoleh pada penambahan binder PVB 2 (wt %) atau dengan perbandingan 98 : 2 sebesar 5.66 g/cm3. Sedangkan untuk nilai densitas yang paling rendah terdapat pada penambahan binder PVB 7 % (wt %) atau dengan perbandingan 93:7 sebesar 4.97 gr/cm3. Nilai dari densitas akan cenderung menurun dengan bertambahnya jumlah komposisi polimer pada bonded magnet NdFeB. Adanya penurunan densitas ini menunjukkan terjadinya proses pengurangan kepadatan pada sampel akibat pengaruh campuran polimer pada bahan bonded magnet NdFeB. Berdasarkan penelitian (Drak, 2008) mengatakan bahwa hasil nilai densitas yang tinggi pada bahan bonded magnet ini disebabkan karena distribusi serbuk magnet NdFeB yang merata dalam matriks polimer dan sedikitnya jumlah pori yang terjadi. 4.1.2 Pengujiam Mikrostruktur Bonded Magnet NdFeB (SEM)

Pengujian untuk mengetahui mikrostruktur pada permukaan sampel dari bonded magnet NdFeB dilakukan dengan menggunakan alat SEM (Scanning Electron

Microscopy). Pengamatan yang dilakukan pada sampel bonded magnet NdFeB

adalah berbentuk pelet dengan masing-masing perbandingan komposisinya 98 % magnet NdFeB, 2 % binder PVB (98 : 2) dan 96 % magnet NdFeB, 4 % binder

5,66 g/cm3

5,42 g/cm3

5,36 g/cm3

4,97 g/cm3

4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7

0% 2% 4% 6% 8%

B u lk De n sitas ρ ( gr /cm ³ )

33

PVB (96 : 4 ) dengan total massanya 8 gram. Pada pengujian struktur mikro pada sampel pelet bonded magnet NdFeB ini, dilakukan dengan menembakkan berkas elektron pada sampel yang akan dianalisis, dimana pada saat penembakan ini akan terdapat Secondary Electron yang berfungsi untuk mengetahui bentuk permukaan sampel, dan Back Scattering Elektron yang berfungsi untuk mengetahui komposisi unsur yang terkandung dalam sampel pelet bonded magnet NdFeB tersebut. Hasil pengamatan dari SEM untuk sampel pelet bonded magnet NdFeB ditunjukkan seperti pada gambar 4.2 berikut ini :

(a) (b)

Gambar 4.2 Hasil foto Analisis Secondary Electron sampel pelet bonded magnet NdFeB pada SEM dengan pembesaran 2000 x.

Berdasarkan hasil Morfologi permukaan menggunakan SEM, seperti pada gambar 4.2 diatas, menunjukkan bahwa binder Polyvinyl Butyral (PVB) pada magnet NdFeB sebagian menyebar atau merata diseluruh permukaan sampel pelet. Seperti pada gambar bagian (a) yang binder PVB nya 2 %, dimana pada sampel tersebut terlihat bahwa matriks polimer yang berwarna gelap tidak merata diseluruh permukaan partikel Nd-Fe-B yang berwarna abu-abu gelap. Sedangkan pada gambar (b) yang binder PVB nya 4 % menunjukkan bahwa matriks polimer merata diseluruh permukaan partikel Nd-Fe-B. Meskipun partikel Nd-Fe-B masih terdapat variasi ukuran dan bentuk, namun terlihat dengan jelas bahwa polimer yang berada diantara serbuk Nd-Fe-B merekat dengan baik. Distribusi partikel

34

yang merata dan perekatan yang baik antara partikel Nd-Fe-B dengan matriks polimer merupakan hal yang penting untuk menunjukkan kualitas dan dan kekuatan suatu bonded magnet.

4.1.3 Pengujian Komposisi Unsur Bonded Magnet NdFeB (EDX)

Pengujian EDX (Energy Dispersive X-ray) yang dilakukan untuk mengetahui komposisi unsur penyusun sampel yang terdapat pada bonded magnet NdFeB dengan penembakan elektron. Untuk mengetahui informasi yang dihasilkan pada tiap spektrum yang ditembakkan, dapat dilihat seperti pada gambar 4.3 dan gambar 4.4 berikut ini :

Gambar 4.3 Hasil foto analisis SEM pada bonded magnet NdFeB yang binder PVB 2 % dengan penembakkan pada 3 titik.

Hasil foto analisis SEM untuk bonded magnet NdFeB yang binder 2 % dilakukan pengujian komposisi unsur dengan menggunakan EDX untuk mengetahui spektrum dan unsur yang terkandung dalam sampel bonded magnet NdFeB tersebut. Gambar 4.3 diatas menunjukkan bahwa tidak semua perekat Polyvinyl

35

Hasil penembakan spektrum 1 pada bonded magnet NdFeB dengan PVB 2 % diperlihatkan seperti pada gambar 4.3.1 berikut ini :

Gambar 4.3.1 Hasil spektrum EDX untuk bonded magnet NdFeB dengan PVB 2 % pada spektrum 1.

Hasil analisis komposisi unsur pada EDX untuk bonded magnet NdFeB dengan PVB 2 % diperlihatkan seperti pada tabel 4.2 berikut ini :

Tabel 4.2 Analisis komposisi unsur pada EDX untuk spektrum 1 pada bonded magnet NdFeB dengan PVB 2 %.

Spektrum Elemen Wt % At % Indikasi Fasa

1

C 8,84 33,65 CaCo3

O 2,03 5,81 SiO2

Fe 60,19 49,26 Fe

Co 4,60 3,57 Co

Nd 24,33 7,71 NdFe3

Pada gambar 4.3.1 diatas menunjukkan hasil dari spektrum 1 pada EDX dan tabel 4.2 yang menunjukkan hasil dari komposisi unsur dari spektrum 1. Pada gambar tersebut terlihat bahwa unsur Fe dan Nd lebih dominan dibandingkan dengan unsur lain, dimana Fe sebesar 60,19 Wt % dan Nd sebesar 24,33 Wt %. Selain unsur Fe dan Nd, pada spektrum tersebut tampak juga adanya unsur karbon (C).

36

Hasil penembakan spektrum 2 pada bonded magnet NdFeB dengan PVB 2 % diperlihatkan seperti pada gambar 4.3.2 berikut ini :

Gambar 4.3.2 Hasil spektrum EDX untuk bonded magnet NdFeB dengan PVB 2 % pada spektrum 2.

Hasil analisis komposisi unsur pada EDX untuk spektrum 2 pada bonded magnet NdFeB dengan PVB 2 % diperlihatkan seperti pada tabel 4.3 berikut ini :

Tabel 4.3 Analisis komposisi unsur pada EDX untuk spektrum 2 pada bonded magnet NdFeB dengan PVB 2 %.

Spektrum Elemen Wt % At % Indikasi Fasa

2

C 6,76 29,21 CaCo3

O 0,47 1,54 SiO2

Fe 59,26 55,06 Fe

Co 4,11 3,62 Co

Nd 29,39 10,57 NdFe3

Pada gambar 4.3.2 dan tabel 4.3 diatas menunjukkan hasil dari spektrum 2 pada EDX dan komposisi tabel komposisi unsur pada spektrum 2. Pada tabel tersebut terlihat bahwa komposisi unsur Fe dan Nd lebih dominan lagi seperti pada spektrum 1, dimana unsur Fe sebesar 59,26 Wt % dan unsur Nd sebesar 29,39 Wt %. Pada gambar spektrum 2 juga tampak adanya unsur karbon (C) dan Kobalt (Co).

37

Hasil penembakan spektrum 3 pada bonded magnet NdFeB dengan PVB 2 % diperlihatkan seperti pada gambar 4.3.3 berikut ini :

Gambar 4.3.3 Hasil spektrum EDX untuk bonded magnet NdFeB dengan PVB 2 % pada spektrum 3.

Hasil analisis komposisi unsur pada EDX untuk spektrum 3 pada bonded magnet NdFeB dengan PVB 2 % diperlihatkan seperti pada tabel 4.4 berikut ini :

Tabel 4.4 Analisis komposisi unsur pada EDX untuk spektrum 3 pada bonded magnet NdFeB dengan PVB 2 %.

Spektrum Elemen Wt % At % Indikasi Fasa

3

C 22,42 60,64 CaCo3

O 2,65 5,39 SiO2

Fe 44,62 25,96 Fe

Co 3,64 2,01 Co

Nd 26,67 6,01 NdFe3

Pada gambar 4.3.3 dan tabel 4.4 diatas menunjukkan hasil dari spektrum 2 pada EDX dan komposisi tabel komposisi unsur pada spektrum 2. Pada tabel tersebut terlihat bahwa komposisi unsur Fe dan Nd lebih dominan dibandingkan dengan unsur lain, dimana unsur Fe sebesar 44,62 Wt % dan unsur Nd sebesar 26,67 Wt %. Unsur karbon (C) mengalami peningkatan dibandingkan pada spektrum 1 dan spektrum 2, unsur C sebesar 22,42 Wt %.

38

Hasil dari penembakan spektrum EDX seperti yang terdapat pada gambar 4.3, menunjukkan adanya beberapa unsur yang yang terdeteksi oleh EDX pada satu puncak (peak). Hal ini sebabkan karena pada sampel bonded magnet NdFeB terjadi perekatan antara unsur NdFeB dengan polyvinyl Butyral (PVB).

Hasil penembakan spektrum EDX pada binder PVB 4 %, diperlihatkan seperti pada gambar 4.4 berikut ini :

Gambar 4.4 Hasil foto analisis SEM pada bonded magnet NdFeB yang binder PVB 4 % dengan penembakkan pada 3 titik.

Hasil analisis SEM pada bonded magnet NdFeB yang binder PVB 4 %, seperti pada gambar 4.4 diatas menunjukkan bahwa Polyvinyl Butyral yang berfungsi sebagai perekat menyelimuti semua permukaan sampel atau partikel NdFeB. Dimana pada gambar tersebut juga memperlihatkan bahwa yang berwarna hitam gelap yang berada diantara yang berwarna putih terang itu adalah perekat

Polyvinyl Butyral (PVB) dan menandakan bahwa terjadi perekatan yang baik pada

39

Hasil penembakan spektrum EDX pada binder PVB 4 %, diperlihatkan seperti pada gambar 4.4.1 berikut ini :

Gambar 4.4.1 Hasil spektrum EDX untuk bonded magnet NdFeB dengan PVB 4 % pada spektrum 1.

Hasil analisis komposisi unsur pada EDX untuk bonded magnet NdFeB dengan PVB 4 % diperlihatkan seperti pada tabel 4.5 berikut ini :

Tabel 4.5 Analisis komposisi unsur pada EDX untuk spektrum 1 pada bonded magnet NdFeB dengan PVB 4 %.

Spektrum Elemen Wt % At % Indikasi Fasa

1

C 7,43 29,51 CaCo3

O 2,15 6,42 SiO2

Fe 60,83 51,95 Fe

Co 4,90 3,96 Co

Nd 24,72 8,17 NdFe3

Pada gambar 4.4.1 diatas menunjukkan hasil dari spektrum 1 pada EDX dan tabel 4.5 yang menunjukkan hasil dari komposisi unsur dari spektrum 1. Pada gambar tersebut terlihat bahwa unsur Fe dan Nd lebih dominan dibandingkan dengan unsur lain, dimana Fe sebesar 60,83 Wt % dan Nd sebesar 24,72 Wt %.

40

Hasil penembakan spektrum 2 pada bonded magnet NdFeB dengan PVB 4 % diperlihatkan seperti pada gambar 4.4.2 berikut ini :

Gambar 4.4.2 Hasil spektrum EDX untuk bonded magnet NdFeB dengan PVB 4 % pada spektrum 2.

Hasil analisis komposisi unsur pada EDX untuk spektrum 2 pada bonded magnet NdFeB dengan PVB 4 % diperlihatkan seperti pada tabel 4.6 berikut ini :

Tabel 4.6 Analisis komposisi unsur pada EDX untuk spektrum 2 pada bonded magnet NdFeB dengan PVB 4 %.

Spektrum Elemen Wt % At % Indikasi Fasa

2

C 65,92 81,26 CaCo3

O 15,85 14,67 SiO2

Si 0,10 0,05 SiO2

Cl 0,23 0,09 KCl

Fe 11,94 3,17 Fe

Nd 4,99 0,51 NdFe3

Pada gambar 4.4.2 dan tabel 4.6 diatas menunjukkan hasil dari spektrum 2 pada EDX dan komposisi tabel komposisi unsur pada spektrum 2. Pada tabel tersebut terlihat bahwa komposisi unsur C dan O lebih dominan, dimana unsur C sebesar 65,92 Wt % dan unsur O sebesar 15,85 Wt %.

41

Hasil penembakan spektrum 3 pada bonded magnet NdFeB dengan PVB 4 % diperlihatkan seperti pada gambar 4.4.3 berikut ini :

Gambar 4.4.3 Hasil spektrum EDX untuk bonded magnet NdFeB dengan PVB 4 % pada spektrum 3.

Hasil analisis komposisi unsur pada EDX untuk spektrum 3 pada bonded magnet NdFeB dengan PVB 4 % diperlihatkan seperti pada tabel 4.7 berikut ini :

Tabel 4.7 Analisis komposisi unsur pada EDX untuk spektrum 3 pada bonded magnet NdFeB dengan PVB 4 %.

Spektrum Elemen Wt % At % Indikasi Fasa

3

C 66,67 82,63 CaCo3

O 14,20 13,22 SiO2

Fe 12,51 3,34 Fe

Co 0,89 0,23 Co

Nd 5,73 0,59 NdFe3

Pada gambar 4.4.3 dan tabel 4.7 diatas menunjukkan hasil dari spektrum 2 pada EDX dan tabel komposisi unsur pada spektrum 3. Pada tabel tersebut terlihat bahwa komposisi unsur C dan O lebih dominan, dimana unsur C sebesar 66,67 Wt % dan unsur O sebesar 14,20 Wt %. Unsur C dan unsur O berasal dari perekat

42

Hasil pengujian EDX menunjukkan adanya unsur Oksigen (O) pada sampel yang mengindikasikan bahwa unsur NdFeB bercampur dengan baik. Unsur O ini diyakini berasal dari matriks polimer yang melapisi serbuk awal NdFeB. Unsur Boron (B) tidak terlihat oleh EDX, karena unsur B dalam senyawa NdFeB jumlahnya terlalu sedikit. Berdasarkan penelitian (Aryanto, dkk, 2011) mengatakan bahwa unsur Boron (B) memiliki energi foton yang rendah sehingga susah dideteksi oleh detector pada sistem EDX.

4.2 Hasil Pengujian Sifat Magnet

Pengujian sifat magnet pada bonded magnet NdFeB dilakukan untuk mengetahui seberapa besar kuat medan magnetnya setelah dimagnetisasi oleh Magnet-Physic

Dr.Steingroever GmbH Impulse Magnetizer K-Series dengan tegangan 1500 V

dan I sebesar 5,13 kA menggunakan Gaussmeter dan dilakukan pengujian VSM

(Vibrating Sample Magnetometer) untuk megetahui kurva histeresis yang meliputi

nilai induksi remanen (Br) dan nilai koersivitas (Hc). 4.2.1 Pengujian Kuat Medan Magnet

Nilai kuat medan magnet suatu sampel dapat diperoleh dengan menggunakan gaussmeter setelah dimagnetiasi. Pada pengukuran kuat medan magnet ini, nilai yang paling tertinggi yang akan diambil setelah gaussmeternya mendeteksi semua titik permukaan pada sampel. Hasil pengukuran kuat medan magnet pada bonded magnet NdFeB di tunjukkan pada tabel 4.8 berikut ini :

Tabel 4.8 Data hasil pengukuran kuat medan magnet pada sampel bonded magnet NdFeB.

Binder % Berat PVB Kuat Medan Magnet ( Gauss )

Polyvinyl Butyral ( PVB )

2% 1862,4

4% 1776,3

6% 1771,7

43

Dari tabel 4.8 diatas dapat dibuat grafik hubungan antara (% berat) binder polyvinyl Butyral (PVB) dengan nilai kuat medan magnet seperti pada gambar berikut ini :

Gambar 4.5 Grafik hubungan antara % berat Polyvinyl Butyral (PVB) terhadap nilai kuat medan magnet pada bonded magnet NdFeB.

Dari hasil gambar 4.5 diatas menunjukkan bahwa semakin banyak penambahan komposisi binder polyvinyl butyral (PVB) pada serbuk magnet NdFeB menyebabkan penurunan kuat medan magnet. Kuat medan magnet tertinggi diperoleh pada penambahan binder PVB 2 % wt sebesar 1862,4 G. Pada penambahan binder PVB 4% wt dan 6% wt, kuat medan magnetnya hampir sama sebesar 1776,3 G dan 1771,7 G, tetapi pada binder PVB yang 7% wt mengalami penurunan kuat medan magnet yang sangat drastis sebesar 1546,4 G.

Berdasarkan penelitian (Deswita, 2007) tentang bonded magnet NdFeB yang bindernya resin Poliester mendapatkan nilai kuat medan magnet 1249 G dengan fraksi volume serbuk magnet NdFeB 80 %. Bertambahnya komposisi bahan non magnet (matriks polimer) tentu menyebabkan berkurangnya komposisi serbuk magnet NdFeB, hal inilah yang mengakibatkan penurunan nilai kuat medan magnet pada sampel bonded magnet NdFeB dan pada saat pencetakan sampel menggunakan hydraulic press, sebagian serbuk PVB dan serbuk magnet NdFeB keluar (Tian H, 2013).

1862,4 G

1776,3 G 1771,7 G

1546,4 G 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8%

K uat Me dan Magnet ( G )

44

4.2.3 Pengujian VSM (Vibrating Sample Magnetometer)

VSM (Vibrating Sample Magnetometer) merupakan suatu jenis peralatan yang digunakan untuk mempelajari sifat magnetik bahan. Pengujian VSM dilakukan untuk memperoleh informasi mengenai besaran-besaran sifat magnetik sebagai akibat perubahan medan magnet luar yang digambarkan dalam kurva histeresis yang dilengkapi dengan nilai induksi remanent (Br) dan gaya koersif (Hc).

Hasil pengujian sifat magnet oleh VSM pada sampel bonded magnet NdFeB akan ditunjukkan seperti pada gambar 4.6 berikut ini :

Gambar 4.6 Kurva histeresis bonded magnet NdFeB yang komposisi PVB 2% dan PVB 4%.

Untuk mengetahui nilai sifat magnetik dari hasil kurva histeresis pada gambar 4.6 diatas akan ditunjukkan seperti pada tabel 4.9 berikut ini :

Tabel 4.9 Data hasil pengujian sifat magnetik pada sampel bonded magnet NdFeB untuk PVB 2% dan PVB 4%.

% berat Binder Mr (emu/g)

Ms (emu/g)

Hc (KOe)

BHmax (MGOe)

PVB 2% 72,86 103 8,490 5,1

45

Dari kurva histeresis dan tabel 4.9 diatas menunjukkan bahwa bonded magnet NdFeB dengan matriks polimer (PVB) merupakan hard magnetic material (magnet permanen). Bahan magnet keras (magnet permanen) ditandai dengan kurva histeresis yang besar dan nilai koersivitas (Hc) yang tinggi diatas 200 Oe. Koersivitas (Hc) merupakan besar medan magnet balik yang dibutuhkan untuk meniadakan kemagnetan suatu bahan. Kekuatan magnet (magnetic field) ditentukan oleh besarnya remanensi (Mr) dari suatu bahan. Remanensi (Mr) merupakan magnet sisa yang terdapat pada bahan setelah pengaruh medan magnet luar ditiadakan. Hasil kurva histeresis diatas menunjukkan bahwa nilai koersivitas (Hc) dan nilai remanensi (Br) lebih besar pada penambahan binder polyvinyl

butyral 4 % sebesar 8,647 KOe dan 73,84 emu/g. Nilai energi produk maksimum

(BHmax) juga lebih tinggi pada penambahan binder polyvinyl butyral 4 % dari pada yang 2 % sebesar 5,2 MGOe. Besarnya nilai energi produk maksimum dihasilkan dari nilai maksimal perkalian antara B dan H pada kuadran keduakurva histeresis. Berdasarkan hasil penelitian (Zailani R, 2014) tentang bonded magnet NdFeB yang bindernya Polyvinyl Chloride (PVC) mendapatkan nilai koersivitas (Hc) dan nilai energi produk maksimum (BHmax) sebesar 8,384 KOe dan 6,92 MGOe. Semakin tinggi nilai remanensinya, maka gaya koersif dan kurva histeresis semakin besar (gemuk) dan semakin besar pula energi produknya.

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil penelitian tentang “Pengaruh Komposisi Polyvinyl Butyral (PVB) pada Pembuatan Bonded Magnet NdFeB Terhadap Mikrostruktur, Sifat Fisis dan Magnet”, maka dapat dibuat kesimpulan sebagai berikut :

1. Telah Berhasil dibuat Bonded Magnet NdFeB menggunakan binder Polyvinyl Butyral (PVB) dengan metode Hydraulic Press, dimana penambahan variasi komposisi polimer pada serbuk magnet NdFeB sangat mempengaruhi nilai densitas dan kuat medan magnet.

2. Pada Pembuatan bonded magnet NdFeB dengan binder Polyvinyl butyral (PVB) diperoleh karakteristik nilai bulk densitas sebesar 5.66 g/cm3 dan kuat medan magnetnya sebesar 1862.4 G pada penambahan PVB 2 %. 3. Pengujian sifat magnet oleh VSM yang menghasilkan kurva histeresis,

diperoleh nilai koersivitas (Hc), remanensi (Br) dan energi produk maksimum (BHmax) yang optimum pada penambahan binder polyvinyl butyral 2 % sebesar 8,490 KOe, 72,86 emu/g dan 5,1 MGOe. Semakin tinggi nilai remanensinya maka gaya koersif dan kurva histeresis semakin besar (gemuk) dan semakin besar pula nilai energi produknya.

47

5.2 Saran

Berdasarkan penelitian mengenai pembuatan bonded magnet NdFeB dengan variasi komposisi binder, maka untuk penelitian selanjutnya disarankan :

1. Untuk penambahan pemahaman tentang kurva histeresis dan nilai energi produk (BHmax) pada bonded magnet NdFeB, seharusnya dilakukan pengujian Permagraph.

2. Dalam teknik pembuatan bonded magnet NdFeB, pencampuran serbuk NdFeB dan binder PVB harus diadu secara merata, agar distribusi partikel polimer didalam sampel merata kesemua serbuk magnet NdFeB.

3. Mengingat NdFeB rentan terhadap korosi, sebaiknya pada pembuatan bonded magnet NdFeB dilakukan pelapisan (coating) agar sampel tidak mudah korosi.

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Material Magnet

Material magnet merupakan suatu benda atau bahan yang mempunyai daya tarik terhadap benda yang mempuyai unsur logam atau besi di sekelilingnya. Magnet memiliki dua kutub yaitu kutub utara dan kutub kutub selatan. Bila kedua kutub berlawanan saling berhadapan maka akan terjadi gaya tarik menarik. Sedangkan bila kedua kutub dihadapkan maka akan terjadi tolak menolak. Sejak zaman dahulu telah diketahui beberapa bijih mineral atau batuan warna metalik bersifat menarik partikel besi. Mineral atau batuan itu disebut magnetik atau batuan bermuatan.

Thales, seorang filosof Yunani yang hidup pada abad VI SM, adalah orang pertama yang menaruh perhatian pada sifat biji besi. Akan tetapi, kemungkinan sebelum itu pun telah banyak diketahui. Setelah masa Thales, batuan bermuatan itu sering disebut dalam tulisan kuno. Batu bermuatan itu dinamai magnet, kata magnet berasal dari bahasa Greek “magnítis líthos” yang berarti “batu

magnesia” juga berarti sebuah wilayah di Asia kecil, tempat ditemukannya banyak endapan magnetik. Istilah Magnesian ini mengacu pada daerah di kawasan Turki yang sekarang menjadi wilayah Yunani dengan nama Magnisa. Daerah Magnisa inilah banyak ditemukan sumber batu magnet sejak zaman dahulu.

Kemudian Pada tahun 1820, Hans Christian Oesterd menemukan bahwa kawat yang dialiri arus listrik dapat menolak jarum kompas. Hal ini menunjukan bahwa di sekitar kawat berarus timbul medan magnetik. Kemudian pada tahun 1821, Michael Faraday membuat suatu penemuan penting. Dua tahun sebelumnya Oersted telah menemukan bahwa jarum magnit kompas biasa dapat menyimpang jika arus listrik dialirkan dalam kawat yang tidak berjauhan. Hal ini membuat Michael Faraday menyimpulkan bahwa, jika magnet didekatkan, yang akan bergerak adalah kawat yang dialiri listrik. Bekerja atas dasar dugaan ini, Michael Faraday berhasil membuat suatu skema yang jelas dimana kawat akan terus-menerus berputar berdekatan dengan magnit sepanjang arus listrik dialirkan ke

7

kawat. Sesungguhnya penemuan ini Faraday merupakan motor listrik pertama, suatu skema pertama penggunaan arus listrik untuk membuat sesuatu benda bergerak. Meskipun masih sangat primitif, penemuan Michael Faraday ini merupakan “nenek moyang” dari semua motor listrik yang digunakan dunia saat ini. Penemuannya berupa penggunaan arus listrik untuk membuat benda bergerak adalah pembuka jalan yang luar biasa untuk penemuan-penemuan motor listrik selanjutnya. Namun kegunaan praktisnya masih terbatas karena belum ada metode untuk menggerakkan arus listrik selain dari baterei kimiawi sederhana yang ada pada saat itu. Faraday yakin, pasti ada suatu cara penggunaan magnit untuk menggerakkan listrik, dan beliau terus-menerus mencari jalan bagaimana menemukan metode tersebut. Kini, magnit yang tak berpindah-pindah tidak mempengaruhi arus listrik yang berdekatan dengan kawat (Stephen M, 2011).

2.2 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).

2.2.1 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 nol dari nilai sembarang. 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

8

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).

Perbedaan pengertian koersifitas dan koersifitas intrinsik ditunjukkan oleh gambar 2.1.

Gambar 2.1 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).

2.2.2 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

9

kemudian medan magnet luar dihilangkan 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).

2.3 Sifat Kemagnetan Bahan

Sifat magnetik suatu bahan terjadi karena adanya orbital dan spin elektron serta interaksi antara elektron yang satu dengan elektron yang lain. Berdasarkan sifat medan magnet atomis, bahan dibagi menjadi tiga golongan, yaitu diamagnetik, paramagnetik dan ferromagnetik. Bahan diamagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom atau molekulnya nol, tetapi orbit dan spinnya tidak nol. Bahan diamagnetik tidak mempunyai momen dipol magnet permanen. Jika bahan diamagnetik 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 bersifat diamagnetik karena 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: bismut, perak, emas, tembaga dan seng.

Bahan paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom/molekulnya tidak nol, tetapi resultan medan magnet atomis total seluruh atom/molekul dalam bahan nol. Hal ini disebabkan karena gerakan atom atau molekul acak, sehingga resultan medan magnet atomis masing-masing atom saling meniadakan. Bahan ini jika diberi medan magnet luar, maka elektron-elektronnya akan berusaha sedemikian rupa sehingga resultan medan magnet

10

atomisnya 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 magnetik bahannya. χm > 0. Contoh bahan paramagnetik: alumunium, magnesium, wolfram dan sebagainya. Bahan diamagnetik dan paramagnetik mempunyai sifat kemagnetan yang lemah. Perubahan medan magnet dengan adanya bahan tersebut tidaklah besar apabila digunakan sebagai pengisi kumparan toroida (Halliday & Resnick, 1978).

Bahan ferromagnetik adalah bahan yang mempunyai resultan medan atomis besar. Hal ini terutama disebabkan oleh momen magnetik spin elektron. Pada bahan ferromagnetik banyak spin elektron yang tidak berpasangan, misalnya pada atom besi terdapat empat buah spin elektron yang tidak berpasangan. Masing-masing spin elektron yang tidak berpasangan ini akan memberikan medan magnetik, sehingga total medan magnetik yang dihasilkan oleh suatu atom lebih besar. Medan magnet dari masing-masing atom dalam bahan ferromagnetik sangat kuat, sehingga interaksi diantara atom-atom tetangganya menyebabkan sebagian besar atom akan mensejajarkan diri membentuk kelompok-kelompok.

Kelompok atom yang mensejajarkan dirinya dalam 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.

Gambar 2.2 Arah domain-domain dalam bahan ferromagnetik sebelum dan sesudah diberi medan magnet luar.

11

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

Permeabilitas bahan ferromagnetik adalah μ >>> μ0 dan suseptibilitas bahannya χm >>> 0. contoh bahan ferromagnetik : besi, baja, besi silicon dan lain-lain. Sifat kemagnetan bahan ferromagnetik ini akan hilang pada temperature yang disebut Temperatur Currie. Temperatur Curie untuk besi lemah adalah 770

0 C, dan untuk baja adalah 1043 0C (Kraus. J. D, 1970).

2.4 Kurva Histerisis

Suatu bahan yang ditempatkan pada medan magnet luar dengan intensitas magnetik (H), terjadi magnetisasi (M) serta terjadi induksi magnet (B) yang dapat dituliskan pada persamaan 2.1.

B = µ0 H + µ0 M (2.1) Sedangkan variabel M dan H direlasikan oleh suseptibilitas magnetic (χ) sedangkan B dan H dapat direlasikan dengan permeabilitas bahan (μ) sehingga dapat dituliskan ke dalam persamaan 2.2 dan 2.3.

M = χ H (2.2)

B = µ H (2.3) Hubungan antara magnetisasi (M), intensitas magnetik (H), dan induksi magnetik (B) dapat dilihat dari kurva histerisis. Sebuah loop histerisis menunjukkan hubungan antara kerapatan fluks induksi magnetik (B) dan gaya magnet/intensitas magnetik (H). Semakin besar nilai H maka semakin besar pula medan magnet B. Deskripsi secara rinci dapat dilihat pada gambar 2.3.

12

Gambar 2.3 Kurva Histerisis (NDT resource center, 2001-2011)

 Pada titik a menunjukkan hampir seluruh domain magnetik adalah selaras dan peningkatan pada medan magnetik akan meningkatkan sedikit dari fluks magnetik. Maka pada titik ini bahan mengalami titik jenuh magnetik (magnetisasi saturasi).

 Ketika nilai H direduksi menjadi nol, kurva akan bergerak dari titik a ke titik b. Pada titik ini, dapat dilihat bahwa beberapa fluks magnetic tetap berada pada bahan meskipun gaya magnetisasi nol. Hal ini disebut titik retensivitas atau retentivity pada grafik yang menunjukkan remanen atau tingkat magnetisasi sisa dalam bahan. Retensivitas didefinisikan sebagai magnetisasi yang tersisa ketika H telah hilang. Ini menunjukkan kemampuan magnetisasi bahan saat diberi medan luar (H). Jika nilai retensivitas besar maka sifat kemagnetannya semakin kuat.

 Pada titik c fluks magnetik mengalami pengurangan sampai ke nilai nol dan disebut titik koersivitas pada kurva. Koersivitas atau coercivity (Hc) merupakan besarnya medan yang diperlukan untuk membuat kemagnetannya = 0. Semakin besar Hc maka sifat kemagnetannya akan semakin kuat.

13

 Selanjutnya pada titik d, kekuatan magnetik meningkat pada arah negatif sehingga bahan mengalami magnetisasi jenuh (magnetisasi saturasi ) tetapi pada arah yang berlawanan. Nilai H berkurang sampai nol dan kurva dibawa menuju titik e.

 Pada titik f nilai H mengalami kenaikan kearah positif sedangkan nilai B mengalami penurunan ke titik nol sehingga dari titik f kembali ke titik jenuh (magnetisasi saturasi).

Untuk bahan ferromagnetik magnetisasi bahan M tidaklah berbanding lurus dengan intensitas magnet H. Hal ini tampak dari kenyataan bahwa harga suseptibilitas magnetik mχ bergantung dari harga intensitas magnet H. Bentuk umum kurva medan magnet B sebagai fungsi intensitas magnet H terlihat seperti pada gambar 2.4. Kurva B dengan H seperti ini disebut kurva induksi normal.

Gambar 2.4 Kurva induksi normal (Sutrisno dan Tan, 1983)

Pada gambar di atas tampak bahwa kurva tidak berbentuk garis lurus sehingga dapat dikatakan bahwa hubungan antara B dan H tidak linier. Dengan kenaikan harga H, mula-mula B turut naik dengan lancar, tetapi mulai dari satu titik tertentu harga H hanya menghasilkan sedikit kenaikan B dan makin lama B hampir konstan. Keadaan ini disebut dengan kedaan saturasi, yaitu keadaan di mana medan magnet B tidak banyak berubah. Harga medan magnet untuk keadaan saturasi disebut dengan Bs atau medan magnet saturasi. Bahan yang mencapai saturasi untuk harga H rendah disebut magnet lunak seperti yang ditunjukkan

14

kurva (a). Sedangkan bahan yang saturasinya terjadi pada harga H tinggi disebut magnet keras seperti yang ditunjukkan kurva (c).

Untuk bahan ferromagnetik, sesudah mencapai saturasi ketika intensitas magnet H diperkecil hingga mencapai H = 0, ternyata kurva B tidak melewati jalur kurva semula. Pada harga H = 0, medan magnet atau rapat fluks B mempunyai harga Br = 0. Jadi apabila arus pada toroida dimatikan (i = 0) maka dalam bahan masih tersimpan fluks induksi. Harga Br ini disebut dengan induksi remanen atau remanensi bahan.

2.5 Energi Produk Maksimum (BH)Max

Energi produk dari suatu material magnetik memegang peranan yang sangat penting terutama penggunanan magnet itu sendiri untuk keperluan industri. Energi produk menyatakan jumlah energi yang tersimpan dalam magnet per satuan volume. Nilai energi produk sangat sangat dipengaruhi oleh remanen, koersivitas dan bentuk kurva histeresis. Makin ideal kurva histeresis, nilai energi produk akan semakin tinggi.

2.6 Magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB)

Secara umum magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB) dikenal sebagai magnet tanah jarang. Manget Neodymium Iron Boron (NdFeB) adalah merupakan paduan yang berasal dari grup Lantanida pada sistem periodik unsur. Magnet Neodymium

Iron Boron (NdFeB) adalah magnet bumi yang terbuat dari paduan unsur

neodymium, besi dan boron untuk membentuk struktur Kristal tetragonal Nd2Fe14B. Dikembangkan pada tahun 1982 oleh General Motors dan Sumitomo Special Metals, magnet NdFeB adalah magnet permanen paling kuat yang dibuat (Fraden, 2010).

Magnet permanen Neodymium-Iron-Boron memiliki energi produk yang paling tinggi (mencapai 55 MGOe) dari keseluruhan material magnetik. Magnet NdFeB mempunyai dua proses utama yaitu : proses serbuk dan melt quenching. Energi produk yang tinggi dari tipe magnet ini berarti secara signifikan volume material yang dibutuhkan lebih kecil untuk penggunaan yang sama dengan magnet lain dalam jumlah besar yang diproduksi seperti Alnico dan Ferrit. Akan

15

tetapi, NdFeB memiliki kerugian, yaitu memiliki temperatur Curie yang rendah dan sangat rentan terhadap korosi. Temperatur Curie yang rendah (312ᵒC) ini menyebabkan magnet NdFeB tidak mungkin diaplikasikan pada suhu yang tinggi (Matthew, 2013).

Tabel 2.1 Magnetic Characteristics Bonded Magnet NdFeB Type MQP-B Maximum Operating Temperature 120 – 160 0C

Magnetic Inductiom (B) 660 – 700 T Koercivitas (HC) 4.9 – 5.5 KOe Energy Product (BHMax) 9.0 - 10.0 MGOe Temperature Coefficient of Br -0.11 %/ 0C Temperature Coefficient of HCJ -0.36 %/ 0C

Dencity (ρ) 5.6 – 6.0 gr/cm3

2.7 Unsur Pemadu pada Magnet NdFeB

Paduan merupakan perpaduan dari beberapa unsur pada skala mikrosopik, seperti pada penyusunan magnet NdFeB juga terdiri dari beberapa unsur pemadu yaitu Nd, Fe dan B.

2.5.1 Neodymium (Nd)

Neodymium (Nd) adalah unsur kimia yang pada tabel susunan berkala termasuk kedalam kelompok unsur lantanida dan dikenal sebagai unsur tanah jarang yang memiliki nomor atom 60 serta konfigurasi elektron terluarnya adalah [Xe] 6S2 4F4 . Unsur - unsur lantanida atau lanthanons 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–unsur tersebut ditemukan dialam dalam bentuk mineral yang merupakan campuran oksida, depositnya banyak ditemukan di Scandinavia, India, Unisoviet dan Amerika. Banyak jenis mineral yang mengandung unsur - unsur lantanida seperti La, Ce, Pr, Nd sebesar 90%, diikuti unsur - unsur lainnya seperti

16

yttrium (Yt) dan logam berat lainnya sebesar 10 %. Monazite dan jenis mineral lainnya mengandung unsur - unsur lantanida dengan tingkat oksidasi ±3 dan sedikit unsur europium yang umumnya memiliki tingkat oksidasi ±2. Pada tabel 2.2 adalah susunan elektron dan tingkat oksidasi unsur - unsur lantanida. Terlihat bahwa semua unsur - unsur lantanida membentuk ion - ion 3+.

Tabel 2.2 Elektron dan Tingkat Oksidasi

No Unsur Atom M2+ M3+ M3+

1 La 4d 6S2 - [Xe] -

2 Ce 4f2 6S2 - 4f2 [Xe]

3 Pe 4f46S2 - 4f2 4f2

4 Nd 4f4 6S2 4f2 4f2 4f2

5 Lm 4f6 6S2 - 4f2 -

6 Pm 4f6 6S2 4f2 4f2 -

7 Pu 4f7 6S2 4f2 4f2 -

8 Gd 4f7 6S2 - 4f2 -

9 Tb 4f9 6S2 - 4f2 4f2

10 Dy 4f10 6S2 - 4f2 4f2

11 Ho 4f11 6S2 - 4f2 -

12 Er 4f12 6S2 - 4f2 -

13 Tm 4f13 6S2 4f2 4f2 -

14 Yb 4f14 6S2 4f2 4f2 -

Untuk beberapa unsur lantanida mempunyai tingkat oksidasi 2+ dan 4+, seperti Nd, Sm, Eu, Tm dan Yb mempunyai tingkat oksidasi 2+ sedangkan Ce, Pr, Nd, Tb dan Dy mempunyai tingkat oksidasi 4+, Lu dan Gd hanya membentuk tingkat oksidasi 3+, sebab masing – masing unsur memilki tingkat konfigurasi elektron yang stabil yaitu 4F14 dan 4F7. Khusus untuk unsur neodymium (Nd), unsur ini mempunyai tingkat oksidasi 4+ (Nd4+) dengan konfigurasi elektron f2 tetapi sangat tidak stabil untuk mencapai konfigurasi f0, f7, f14 yang stabil. Untuk Nd2+, f4 memberikan alasan yang kuat untuk meyakini bahwa walaupun kestabilan

17

f0, f7, f14 menjadi salah satu faktor thermodinamik dan kinetik yang sama atau sangat penting untuk menentukan kestabilan tingkat oksidasi.

2.5.2 Besi (Fe)

Besi merupakan logam kedua yang paling banyak di bumi ini yang membentuk 5% dari pada kerak bumi. Karakter endapan besi ini berupa endapan yang berdiri sendiri namun seringkali ditemukan berasosiasi dengan mineral logam lainya. Kadang besi sebagai kandungan logam tanah (residual), namun jarang memiliki nilai ekonomis yang tinggi. Kebanyakkan besi ini hadir dalam berbagai jenis senyawa oksida, endapan besi yang ekonomis umumnya berupa Magnetite, Hematite, Limonite, dan Siderite. Dari mineral-mineral bijih besi magnetite adalah mineral dengan kandungan Fe paling tinggi, tetapi terdapat dalam jumlah kecil. Sementara hematite merupakan mineral bijih utama yang dibutuhkan dalam industri besi.

Beberapa jenis endapan yang memungkinkan endapan besi bernilai ekonomis yaitu :

1. Magnetik: Magnetite dan Titaniferous magnetite. 2. Metasomatik kontak: magnetite dan specularite. 3. Pergantian/replacement: magnetite dan hematite. 4. Sendimentasi/placer: hematite, limonite, dan siderite.

5. Kosentrasi mekanik dan residual: hematite, magnetite, dan limonite. 6. Oksidasi: limonite dan hematite.

Tabel 2.3 Mineral-mineral bijih besi yang bernilai ekonomis.

MINERAL SUSUNAN KIMIA

KANDUNGAN Fe%

KLASIFIKASI KOMERSIAL Magnetite FeO2Fe3O4 72.4 Magnetik atau biji hitam Hermatite Fe2O3 70 Bijih merah

Limonite FeO3nH2O4 59 - 63 Bijih coklat

Siderite FeCO3 48.2

Spathic, black band, clay ironstone

18

2.5.3 Boron (B)

Boron yang telah dimurnikan adalah padatan hitam dengan kilap logam. Sel satuan kristal boron mengandung 12, 50, atau 105 atom boron, dan satuan struktural ikosahedral B12 terikat satu sama lain dengan ikatan 2 pusat 2 elektron (2c-2e) dan 3 pusat 2 elektron (3c-2e) antar atom boron seperti pada gambar 2.5. Ikatan tuna elektron (3 pusat 2 elektron) merupakan ikatan kimia yang mengalami kekurangan elektron, dimana 3 atom salain berbagi 2 elektron. Boron bersifat sangat keras dan menunjukkan sifat semikonduktor.

Gambar 2.5 Struktur kristal boron dengan sel satuan Ikosahedral

Kimia boron (boron hidrida) dimulai dengan riset oleh A. Stock yang dilaporkan pada periode 1912-1936. Walaupun boron terletak sebelum karbon dalam sistem periodik, hidrida boron sangat berbeda dari hidrokarbon. Struktur boron hidrida khususnya sangat tidak sesuai dengan harapan dan hanya dapat dijelaskan dengan konsep baru dalam ikatan kimia. Untuk kontribusinya dalam kimia anorganik boron hidrida, W. N. Lipscomb mendapatkan hadiah Nobel Kimia tahun 1976. Hadiah Nobel lain (1979) dianugerahkan ke H. C. Brown untuk penemuan dan pengembangan reaksi dalam sintesis yang disebut hidroborasi.

Karena berbagai kesukaran sehubungan dengan titik didih boron yang rendah, dan juga karena aktivitas, toksisitas, dan kesensitifannya pada udara, Stock mengembangkan metoda eksperimen baru untuk menangani senyawa ini dalam vakum. Dengan menggunakan teknik ini, ia mempreparasi enam boron B2H6, B4H10, B5H9, B5H11, B6H10, dan B10H14 dengan reaksi magnesium borida, MgB2, dengan asam anorganik, dan menentukan komposisinya. Namun, riset lanjutan ternyata diperlukan untuk menentukan strukturnya. Kini metoda sintesis

19

yang awalnya digunakan Stock menggunakan MgB2 sebagai pereaksi hanya digunakan untuk mempreparasi B6H10. Karena reaksi seperti litium tetrahidroborat (LiBH4), dan natrium tetrahidroborat (NaBH4) kini mudah didapat, dan diboron, B2H6, yang dipreparasi dengan reaksi 3LiBH4 + 4BF3.OEt2 → 2B2H6 + 3LiBF4 + 4Et2O, juga mudah didapat, boron yang lebih tinggi disintesis dengan pirolisis diboron. Teori baru diusulkan untuk menjelaskan ikatan dalam diboron, B2H6. Walaupun struktur yang hampir benar, yakni yang mengandung jembatan hidrogen, telah diusulkan tahun 1912, banyak kimiawan lebih suka struktur mirip etana (H3B-BH3), dengan mengambil analoginya dengan hidrokarbon. Namun Longuet-Higgins mengusulkan konsep ikatan tuna elektron yang 3 pusat 2 elektron dan bahwa strukturnya memang benar seperti dibuktikan dengan difraksi elektron tahun 1951 pada gambar 2.6 berikut ini :

Gambar 2.6 Struktur diboron.

Struktur ini juga telah dielusidasi dengan difraksi elektron, analisis struktur kristal tunggal sinar-X, spektroskopi inframerah, dan memang boron terbukti mengandung ikatan 3c-2e B-H-B dan B-B-B seperti pada gambar 2.7 berikut ini :

20

Boron diklasifikasikan menjadi tiga yaitu : Closo, Nido dan Arachno sesuai dengan struktur kerangka atom boron. Closo-boron [BnHn]2- memiliki struktur polihedral tertutup, n atom boron terikat pada n atom hidrogen, misalnya dalam oktahedral regular [B6H6]2- dan ikosahedral [B12H12]2-. Boron deret ini tidak mengandung ikatan B-H-B. Boron BnHn+4, seperti B5H9, membentuk struktur dengan ikatan B-B, B-B-B, dan B-H-B dan kehilangan sudut polihedral closo boron, dan disebut dengan jenis boron nido. Boron BnHn+6, seperti B4H9, memiliki struktur yang kehilangan dua sudut dari tipe closo dan membentuk struktur yang lebih terbuka. Kerangka juga dibangun oleh ikatan B-B, BB-B, dan B-H-B, dan jenis ini disebut boron jenis arachno. Sruktur-strukturnya diberikan pada Gambar 2.8 berikut ini :

(a). Closo (B6H6)2- (b). Nido (B5H9)

(c). Arachno (B4H10) (d). Closo (B12H12) = Atom Boron

= Atom Hidrogen

Gambar 2.8 Struktur Boron

Boron yang lebih tinggi juga merupakan senyawa yang tuna elektron yang sukar dijelaskan dengan struktur Lewis yang berbasiskan ikatan kovalen 2c -2e (Nurul A, 2011).

21

Pada gambar diatas menunjukkan bahwa atom dari Boron (B) yang bulat putih berikatan dengan Atom Hidrogen (H) yang bulat kecil hitam sehingga terjadi ikatan kimia (ikatan hidrogen) dengan atom B dan H.

2.8 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 magnet 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 atau bahkan logam dengan suhu leleh rendah.

Bonded magnet ini memiliki kelemahan pada hasil material magnetnya.

Hal itu dikarenakan oleh magnet isotropik memiliki sifat yang lebih rendah dari pada magnet yang disintering. Akan tetapi, di samping kelemahan tersebut, hasil dari bonded magnet ini memiliki keuntungan-keuntungan sebagai berikut.

1. Sederhana dan biaya produksi rendah.

2. Mudah dibentuk dan variasinya juga beragam. 3. Ketahanan mekanik yang cukup baik.

Bonded magnet dengan campuran logam transisi tanah jarang mempunyai sifat

magnet unggul dibandingkan sifat magnetik bonded ferrit. Hal tersebut terlihat secara signifikan, karena magnet bonded ferrit mempunyai koefisien temperatur positif terhadap Hc yang berarti koersifitas meningkat dengan peningkatan temperatur. Pada serbuk magnet NdFeB memiliki nilai koersifitas dan remanensi yang tinggi dibandingkan dengan serbuk magnet lain, sehingga sangat cocok digunakan untuk pembuatan bonded magnet (Marlina H.A, 2013).

22

2.9 Fabrikasi Magnet NdFeB

Magnet NdFeB biasanya dibuat dengan cara teknologi logam serbuk (powder metallurgy). Sebenarnya magnet dapat dibuat dengan 3 cara, yaitu :

1) Teknik Sintering, yaitu dengan cara teknologi logam serbuk yaitu

dengan cara milling, dicetak, sintering, surface treatment, magnetisasi dan dihasilkan produk akhir. Magnet yang dihasilkan dengna teknik ini menghasilkan energi produk (BHMax) yang paling tinggi.

2) Teknik Compression Bonded, yaitu dengan cara mencampurkan serbuk

NdFeB dengan suatu binder atau pelumas, dikompaksi dan kemudian dipanaskan energi produk yang dihasilkan dengan teknik lebih rendah dibandingkan dengan teknik sintering.

3) Teknik Injection Moulding, yaitu dengan cara mencampurkan serbuk

NdFeB dengan suatu binder atau pelumas dan kemudian diinjeksi. Energi produk yang dihasilkan dengan cara ini lebih rendah dibandingkan dengan teknik sintering dan teknik compression bonded (Novrita I, 2006).

2.10 Binder Polyvinyl Butyral (PVB)

Asetat seperti Polyvinyl Butyral di bentuk oleh dua reaksi antara Aldehida dan Alkohol. Penambahan satu molekul alcohol untuk satu molekul aldehida menghasilkan sebuah hamiasetal. Hamiacetal jarang terisolasi karena ada ketidakstabilan yang terdapat pada unsur tersebut, melainkan lebih bereaksi dengan molekul lain seperti alcohol untuk membentuk asetat yang stabil.

Polyvinyl asetal terbuat dari aldehida dan polyvinyl alcohol. Polyvinyl alcohol merupakan resin molekul tinggi yang mengandung berbagai presentase dari hydroxyl dan kelompok asetat yang dihasilkan oleh hydrolysis dan polyvinyl asetat. Kondisi dari reaksi asetal dan pada konsentrasi, terutama pada aldehida dan penggunaan polyvinyl alcohol sebagai pengedali perekat untuk membentuk polimer yang mengandung perbandingan yang ditentukan oleh hydroxyl, asetat dan kelompok asetal.

Polyvinyl Butyral (PVB) merupakan suatu resin yang banyak digunakan

23

digunakan dalam berbagai aplikasi termasuk dalam teknik keramik (sementara) sebagai perekat (Saad R. S, 2008). Struktur molekul dari Polyvinyl Butyral dapat ditunjukkan seperti pada gambar dibawah ini :

Gambar 2.9 Struktur molekul Polyvinyl Butyral (C8H14O2)

Pada gambar 2.9 tersebut menunjukkan bahwa pada Polyvinyl Butyral (PVB) mengandung banyak unsur Hidrogen (H), dimana pada saat pencampuran dengan serbuk magnet Nd-Fe-B, unsur Polyvinyl Butyral akan berinteraksi dengan unsur NdFeB sehingga membentuk sampel bonded magnet NdFeB. Unsur Oksigen (O) pada PVB, akan mempermudah proses pencampuran dengan serbuk magnet magnet Nd-Fe-B. Pada saat pencampuran polyvinyl Butyral (PVB) dengan unsur Nd-Fe-B tidak terjadi ikatan kimia. Partikel PVB pada saat di Hot Press akan meleleh dan menyelimuti permukaan partikel NdFeB. Jadi PVB hanya berfungsi sebagai perekat dan tidak terjadi ikatan kimia atau reaksi kimia tetapi terjadi proses fisis, dimana Polyvinyl Butyral (PVB) berinteraksi dengan unsur Nd-Fe-B.

2.11 Scanning Electron Microscope (SEM)

Untuk melihat benda berukuran di bawah 200 nanometer, diperlukan mikroskop dengan panjang gelombang pendek. Dari ide inilah, di tahun 1932 lahir mikroskop elektron. Sebagaimana namanya, mikroskop elektron menggunakan sinar elektron yang panjang gelombangnya lebih pendek dari cahaya. Karena itu, mikroskop elektron mempunyai kemampuan pembesaran obyek (resolusi) yang lebih tinggi dibanding mikroskop optik. Sebenarnya, dalam fungsi pembesaran obyek, mikroskop elektron juga menggunakan lensa, namun bukan berasal dari jenis gelas sebagaimana pada mikroskop optik, tetapi dari jenis magnet. Sifat medan magnet ini bisa mengontrol dan mempengaruhi elektron yang melaluinya, sehingga bisa berfungsi menggantikan sifat lensa pada mikroskop optik.

24

Kekhususan lain dari mikroskop elektron ini adalah pengamatan obyek dalam kondisi hampa udara (vacum). Hal ini dilakukan karena sinar elektron akan terhambat alirannya bilamenumbuk molekul-molekul yang ada di udara normal. Dengan membuat ruang pengamatan obyek berkondisi vacum, tumbukan elektron-molekul bisa terhindarkan (Oktaviana, 2009).

Scanning Electron Microscopy (SEM) merupakan sejenis mikroskop yang menggunakan elektron sebagai pengganti cahaya untuk melihat benda dengan resolusi tinggi. Analisis SEM bermanfaat untuk mengetahui mikrostruktur (termasuk porositas dan bentuk retakan) benda padat. Berkas sinar elektron dihasilkan dari filamen yang dipanaskan, disebut electron gun.Sebuah ruang vakum diperlukan untuk preparasi cuplikan. SEM terdiri dari sebuah senapan elektron yang memproduksi berkas elektron pada tegangan dipercepat sebesar 2 – 30 kV. Berkas elektron tersebut dilewatkan pada beberapa lensa elektromagnetik untuk menghasilkan image berukuran <~10nm pada sampel yang ditampilkan dalam bentuk film fotografi atau ke dalam tabung layar (Tucker, 1988).

2.11.1 Prinsip Kerja Scanning Electron Microscope (SEM)

SEM menerapkan prinsip difraksi elektron, dimana pengukurannya sama seperti mikroskop optik. Prinsipnya adalah elektron yang ditembakkan akan dibelokkan oleh lensa elektromagnetik dalam SEM. Cara kerja SEM adalah gelombang elektron yang dipancarkan electron gun terkondensasi di lensa kondensor dan terfokus sebagai titik yang jelas oleh lensa objektif. Scanning coil yang diberi energy menyediakan medan magnetik bagi sinar elektron. Berkas sinar elektron yang mengenai cuplikan menghasilkan elektron sekunder dan kemudian dikumpulkan oleh detektor sekunder atau detektor backscatter. Gambar yang dihasilkan terdiri dari ribuan titik berbagai intensitas di permukaan Cathode Ray Tube (CRT) sebagai topografi Gambar (Kroschwitz, 1990).

Pada sistem ini berkas elektron dikonsentrasikan pada spesimen, bayangannya diperbesar dengan lensa objektif dan diproyeksikan pada layar. Sistem penyinaran dan lensa pada SEM sama dengan mikroskop cahaya biasa. Pada pengamatan yang menggunakan SEM lapisan cuplikan harus bersifat konduktif agar dapat memantulkan berkas elektron dan mengalirkannya ke ground. Bila lapisan cuplikan tidak bersifat konduktif maka perlu dilapisi dengan

25

emas. Pada pembentukan lapisan konduktif, spesimen yang akan dilapisi diletakkan pada tempat sampel di sekeliling anoda. Ruang dalam tabung kaca dibuat mempunyai suhu rendah dengan memasang tutup kaca rapat dan gas yang ada dalam tabung dipompa keluar. Antara katoda dan anoda dipasang tegangan 1,2 kV sehingga terjadi ionisasi udara yang bertekanan rendah. Elektron bergerak menuju anoda dan ion positif dengan energi yang tinggi bergerak menumbuk katoda emas. Hal ini menyebabkan partikel emas menghambur dan mengendap di permukaan spesimen. (Gedde, 1995):

Gambar 2.10 Prinsip kerja Scanning Electron Mocroscope (SEM)

Peristiwa tumbukan berkas sinar electron, yaitu ketika memberikan energi pada sampel, dapat menyebabkan emisi dari sinar-x yang merupakan karakteristik dari atom-atom sampel. Energi dari sinar-x digolongkan dalam suatu tembakan energi spektrometer dan dapat digunakan untuk identifikasi unsur-unsur dalam sampel. Berkas elektron primer berinteraksi dengan sampel yang akan dianalis :

 Elektron primer menghasilkan energi yang rendah dari pada elektron sekunder, yang cenderung menekankan sifat topografi spesimen

 Elektron primer dapat menghasilkan gambar dengan tingkat tinggi nomor atom.

 Atom terionisasi dengan transisi elektron dari shell ke shell, yang mengakibatkan baik emisi X-ray atau elektron Auger terejeksi. Sinar-X yang dipancarkan merupakan karakteristik dari unsur-unsur dalam beberapa µm atas sampel (Martinez, 2010).

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan akan bahan magnet meningkat dengan pesat dalam beberapa dekade belakangan ini. Perkembangan yang dramatis di bidang magnet ini terjadi sejak ditemukannya bahan magnet permanen berbasis logam tanah jarang (rare earth

permanent magnets) seperti NdFeB, RECo, dan REFeB. Saat ini bahan magnet

permanen digunakan secara luas dalam berbagai aplikasi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik atau sebaliknya. Tiga sifat penting yang menggambarkan kinerja magnet permanen adalah induksi magnetik remanensi (Br), koersivitas (Hc) dan produk energi maksimum (BHmax) (Yulianti, 2005).

Bahan magnetik logam tanah jarang RE-TM-B (RE = Rare Earth; TM =

Transition Metals B = boron) telah menambah dimensi baru dalam dalam

perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi terutama pada bidang magnet permanen. Fasa magnetik dari bahan magnetik logam tanah jarang yang masih menjadi perhatian serius oleh kalangan peneliti sampai dewasa ini adalah Nd2Fe14B, tidak saja dikarenakan fasamagnetik ini memiliki sifat intrinsik yang berpotensi menjadi magnet permanen dengan maximum energy product, (BH)max yang tinggi tetapi juga dikarenakan lebih dari 80 % fasa magnetik ini dibangun dari atom Fe yang ketersediaan materialnya di bumi melimpah dan dapat diperoleh dengan mudah dan harga yang murah. Fasa magnetik Nd2Fe14B dengan demikian menjadi sangat prospektip baik dari aspek ilmiahnya maupun aspek pengembangan industri. Dibandingkan dengan fasa-fasa magnetik yang telah dikembangkan sebelumnya seperti Ferit, Alnico, Sm-Co dan lainnya fasa magnetik Nd2Fe14B memiliki magnetisasi total tertinggi yaitu ~ 1,6 T dan juga medan anisotropi HA relatif besar ~ 6800 kA/m meskipun dengan suhu Curie yang tidak terlalu tinggi sebesar ~300oC. Bahan magnet permanen dalam industri saat ini adalah produk teknologi yang banyak pemakaian dan pemanfaatannya, misalnya pada motor, generator, aktuator, loudspeaker dan mikropon. Kualitas bahan magnet permanen dicirikan oleh antara lain besarnya produk energi

2

maksimum (BH)max yaitu energi yang menunjukkan besarnya densitas energi magnet yang terkandung pada magnet. Tingginya nilai (BH)max, juga berarti efisiensi penggunaan volume material magnet yang tidak memerlukan ukuran yang besar sehingga sepadan dengan kecenderungan teknologi modern dimana miniaturisasi menjadi prioritas (M. Sagawa, 1984).

Magnet NdFeB adalah material magnet permanen generasi ketiga yang terbuat dari tanah jarang yang memiliki energi produk yang besar, sudah menjadi bagian yang penting dalam kehidupan sehari-hari manusia. Magnet NdFeB ini banyak diaplikasikan pada berbagai peralatan seperti motor listrik, speaker, CD player, oven microwave. Aplikasi lain dari komponen magnet juga banyak dijumpai pada peralatan intrumentasi, peralatan produksi dan pada laboratorium penelitian. Akan tetapi kontribusi magnet sering diabaikan karena komponen ini sudah tertanam di dalam suatu perangkat dan tidak terlihat. Pada kenyataannya kebutuhan akan komponen ini menjadi sangat beragam tergantung kepada kegunaan dan fungsi suatu perangkat. Secara umum, kebutuhan akan komponen magnet dibedakan berdasarkan bentuk, dimensi dan kuat medannya. NdFeB dikenal sebagai magnet tanah jarang karena komposisi materialnya tersusun dari unsur-unsur tanah jarang. NdFeB memiliki sifat korosif dan energi produk yang maksimum (Wanzhong, 2011).

Proses fabrikasi magnet permanen yang telah digunakan pada skala industri antara lain adalah proses konvensional metalurgi serbuk (Powder

Metallurgy) untuk magnet keramik ferit, Sm-Co, Nd-Fe-B dan proses penuangan

(casting) untuk Alnico dan baja, meskipun masih terdapat beberapa proses alternatif yang digunakan dalam skala laboratorium untuk tujuan penelitian. Sejak tahun 1984, proses fabrikasi magnet permanen logam tanah jarang disamping menggunakan proses konvensional, juga telah diterapkan proses pendinginan cepat atau rapid solidi fication yang memiliki kelebihan antara lain dapat menghasilkan mikrostruktur material dengan skala nanometer (Erfan Handoko, 2005).

Penerapan berbagai teknik dalam proses produksi bonded magnet, memberikan kemungkinan untuk pemanfaatan berbagai serbuk magnetik dalam kombinasi dengan bahan polimer yang berbeda sebagai zat pengikat.

DAFTAR ISI

Halaman

Persetujuan i

Lembar Pengesahan ii

Pernyataan iii

Penghargaan iv

Abstrak vii

Abstract viii

Daftar Isi ix

Daftar Tabel xi

Daftar Gambar xii

Daftar lampiran xiv

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang 1

1.2. Rumusan Masalah 2

1.3. Batasan Masalah 3

1.4. Tujuan Penelitian 3

1.5. Manfaat Penelitian 3

1.6. Sistematika Penelitian 4

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Material Magnet 6

2.2. Sifat-sifat Magnet Permanen 7

2.2.1. Koersivitas 7

2.2.2. Remanen 8

2.3. Sifat Kemagnetan Bahan 9

2.4. Kurva Histeresis 11

2.5. Energi Produk Maksimum (BHMax) 14

2.6. Magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB) 14

2.7. Unsur Pemadu Pada Magnet NdFeB 15

2.7.1. Neodymium (Nd) 15

2.7.2. Besi (Fe) 17

2.7.3. Boron (B) 18

2.8. Bonded Magnet NdFeB 20

2.9. Fabrikasi Magnet NdFeB 22

2.10. Binder Polyvinyl Butyral (PVB) 22

2.11. Scanning Electron Microscope (SEM) 23 2.11.1. Prinsip Kerja Scanning Electron Microscope (SEM) 24

x BAB 3 METODOLOGI PERCOBAAN

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian 26

3.1.1. Tempat Penelitian 26

3.1.2. Waktu Penelitian 26

3.2. Bahan dan Alat 26

3.2.1. Bahan 26

3.2.2. Alat 26

3.3. Diagram Alir Penelitian 27

3.4. Prosedur Penelitian 29

3.4.1. Pencampuran Bahan Baku 29

3.4.2. Proses Kompaksi 29

3.4.3. Magnetisasi 29

3.5. Karakterisasi 29

3.5.1. Densitas 30

3.5.2. Struktur Mikro 30

3.5.3. Karakterisasi VSM 30

BAB 4 HASIL PENELITIAN

4.1. Hasil Pengujian Sifat Fisis 31

4.1.1. Pengujian Densitas 31

4.1.2. Pengujian Struktur Mikro Bonded Magnet

NdFeB (SEM) 32

4.1.3. Pengujian Komposisi Unsur Bonded Magnet

NdFeB (SEM-EDX) 34

4.2. Hasil Pengujian Sifat Magnet 42

4.2.1. Kuat Medan Magnet 42

4.2.1. VSM (Vibrating Sample Magnetometer) 43 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan 46

5.2. Saran 47

DAFTAR PUSTAKA 48

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1. Magnetic Characteristics Bonded Magnet NdFeB

Type MQP-B 15

Tabel 2.2. Susunan Elektron dan Tingkat Oksidasi 16 Tabel 2.3. Mineral-mineral Bijih Besi Bernilai Ekonomis 17 Tabel 4.1. Data Hasil Pengukuran dan Perhitungan Bulk Densitas

Bonded Magnet NdFeB dengan Variasi Komposisi Binder 31 Tabel 4.2. Analisis Komposisi Unsur Pada EDX untuk Spektrum 1

pada Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 2 % 35 Tabel 4.3. Analisis Komposisi Unsur Pada EDX untuk Spektrum 2

pada Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 2 % 36 Tabel 4.4. Analisis Komposisi Unsur Pada EDX untuk Spektrum 3

pada Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 2 % 37 Tabel 4.5. Analisis Komposisi Unsur Pada EDX untuk Spektrum 1

pada Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 4 % 39 Tabel 4.6. Analisis Komposisi Unsur Pada EDX untuk Spektrum 2

pada Bonded Magnet NdFeB denganPVB 4 % 40 Tabel 4.7. Analisis Komposisi Unsur Pada EDX untuk Spektrum 3

pada Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 4 % 41 Tabel 4.8. Data Hasil Pengukuran Kuat Medan Magnet pada Sampel Bonded Magnet NdFeB untuk PVB 2 % dan 4 % 42 Tabel 4.9. Data Hasil Pengujian Sifat Magnetik pada Sampel

Bonded Magnet NdFeB untuk PVB 2 % dan 4 % 44

xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1. Perbedaan Koersifitas dan Koersifitas Intrinsik 8 Gambar 2.2. Arah Domain-domain Dalam Bahan Ferromagnetik

Sebelum dan Sesudah diberi Medan Magnet Luar 11

Gambar 2.3. Kurva Histeresis 12

Gambar 2.4. Kurva Induksi Normal 13

Gambar 2.5. Struktur Kristal Boron Dengan Sel Satuan Ikosahedral 18

Gambar 2.6. Struktur Boron 19

Gambar 2.7. Ikatan 3c-2e B-H-B dan B-B-B 19

Gambar 2.8. Stuktur Boron 20

Gambar 2.9. Struktur molekul Polyvinyl Butyral (C8H14O2) 23 Gambar 2.10. Prinsip kerja Scanning Electron Mocroscope (SEM) 25 Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian Pembuatan Bonded Magnet

NdFeB 28

Gambar 4.1. Grafik Hubungan Antara % Berat Polyvinyl Butyral (PVB) Terhadap Nilai Bulk Densitas Pada Bonded Magnet NdFeB 32 Gambar 4.2. Hasil Foto Analisis Secondary Electron Sampel Pelet

Bonded Magnet NdFeB Pada SEM dengan pembesaran

2000 x 33

Gambar 4.3. Hasil Foto Analisis SEM Pada Bonded Magnet NdFeB

yang Binder PVB nya 2% dengan Penembakan Pada 3 titik 34 Gambar 4.3.1. Hasil Spektrum EDX untuk Bonded Magnet NdFeB

dengan PVB 2 % pada Spektrum 1 35

Gambar 4.3.2. Hasil Spektrum EDX untuk Bonded Magnet NdFeB dengan

PVB 2 % pada Spektrum 2 36

Gambar 4.3.3. Hasil Spektrum EDX untuk Bonded Magnet NdFeB dengan

PVB 2 % pada Spektrum 3 37

Gambar 4.4. Hasil Foto Analisis SEM Pada Bonded Magnet NdFeB

yang Binder PVB nya 4% dengan Penembakan Pada 3 titik 38 Gambar 4.4.1. Hasil Spektrum EDX untuk Bonded Magnet NdFeB dengan

PVB 4 % pada Spektrum 1 39

Gambar 4.4.2. Hasil Spektrum EDX untuk Bonded Magnet NdFeB dengan

PVB 4 % pada Spektrum 2 40

Gambar 4.4.3. Hasil Spektrum EDX untuk Bonded Magnet NdFeB dengan

PVB 4 % pada Spektrum 3 41

Gambar 4.5. Grafik Hubungan Antara % Berat Polyvinyl Butyral (PVB) Terhadap Nilai Kuat Medan Magnet pada Bonded magnet

NdFeB 43

Gambar 4.6. Kurva Histeresis Bonded Magnet NdFeB yang Komposisi

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1 Peralatan dan Bahan Penelitian 51

Lampiran 2 Perhitungan Densitas Sampel Bonded Magnet NdFeB 53

Lampiran 3 Hasil Pengujian SEM-EDX 56

Lampiran 4 Hasil Pengujian VSM 65

Lampiran 5 Karakteristik Bonded Magnet NdFeB Type MQP 66