Pembuatan Magnet Bonded Permanen PrFeB dengan Binder Polyester dan Silicone Rubber
PEMBUATAN MAGNET BONDED PERMANEN PrFeB DENGAN BINDER POLYESTER DAN SILICONE RUBBER SKRIPSI HILDA AYU MARLINA 090801040
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
PEMBUATAN MAGNET BONDED PERMANEN PrFeB DENGAN BINDER POLYESTER DAN SILICONE RUBBER SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains HILDA AYU MARLINA 090801040 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013 ii PERSETUJUAN
Judul : Pembuatan Magnet Bonded Permanen PrFeB dengan Binder Polyester dan Silicone Rubber Kategori : Skripsi Nama : Hilda Ayu Marlina Nomor Induk Mahasiswa : 090801040 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, Prof. Perdamean Sebayang, M.Si Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc NIP. 195501051983031003 NIP. 196506171993031009 Disetujui Oleh Departemen Fisika FMIPA USU Ketua, Dr. Marhaposan Situmorang NIP. 195510301980031003 iii
PERNYATAAN
PEMBUATAN MAGNET BONDED PERMANEN PrFeB DENGAN BINDER POLYESTER DAN SILICONE RUBBER SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 2013 HILDA AYU MARLINA 090801040 iv PENGHARGAAN
Puji syukur kehadirat ALLAH SWT atas berkat dan rahmatNya penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. Tak lupa pula shalawat beriring salam penulis hantarkan kepangkuan Nabi Besar Muhammad SAW yang menghantarkan manusia dari alam jahiliah ke alam yang penuh ilmu pengetahuan seperti ini.
Penulis menyadari bahwa keberhasilan penyusunan skripsi ini tidak lepas dari dukungan dan bantuan orang-orang di sekeliling penulis. Maka dari itu, penulis ingin menyampaikan terimakasih kepada : 1.
Bapak Prof. Perdamean Sebayang, Bapak Muljadi, Pak Candra Kurniawan, Pak Anggito Tetuko, Pak Lukman Faris, dan Ibu Ayu Yuswita selaku pembimbing lapangan di PPF LIPI yang telah memberikan bimbingan dan masukan kepada penulis dalam melakukan penelitian.
2. Bapak Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng selaku Kepala PPF Serpong serta seluruh pegawai PPF LIPI yang telah membantu penulis dalam melakukan penelitian di PPF LIPI.
3. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku Sekertaris Departemen Fisika sekaligus dosen pembina akademik dan pembimbing skripsi yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan kuliah, penelitian, dan skripsi.
4. Ketua Departemen Fisika, Bapak Dr. Marhaposan Situmorang, Dekan dan Pembantu Dekan FMIPA USU, dan seluruh dosen maupun pegawai Departemen Fisika FMIPA USU.
5. Mamah Neneng dan Teh Ina yang telah memberikan dukungan dan merawat penulis selama melakukan penelitian di LIPI Serpong.
6. Teman-teman seperjuangan (mahasiswa Fisika S1 FMIPA USU), terkhusus Tian Havwini, Cindy Al Kindy, Fitri H. Sinaga, Sally I. Ritonga, Kharismayanti, Desy Hervina Sari, dan Seri D. Siregar yang telah memotivasi penulis menyelesaikan kuliah hingga skripsi ini.
7. Tak lupa pula penulis mengucapkan terimakasih yang teristimewa kepada orang-orang terdekat penulis yang senantiasa memotivasi penulis dalam menyelesaikan kuliah, penelitian, dan skripsi ini. Pertama kepada My
, Chairu Rahmad, Amd. Kedua, kepada Apis, Dek Ana, Cik Reni
Inspire
Susana, Om Indra S. Siregar, Kak Dita, Kak Puput, Umi, dan saudara- saudaraku lainnya. Ketiga, kepada adik-adikku, Aissyah Fajrina F. dan Anisa F.M. Keempat dan yang terkhususkan, teruntuk kedua orang tuaku, Mama Hj. Ida Riswati, S.Pd dan Papa H. Tuido Herawanto I. Bay yang tak pernah berhenti memberikan dukungan dari segala segi, hingga penulis dapat kuliah dan menyelesaikan kuliah ini. Penulis menyadari bahwa tulisan ini masih jauh dari kesempurnaan. Maka dari itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk menyempurnakan skripsi ini. Semoga dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca.
Penulis v
PEMBUATAN MAGNET BONDED PERMANEN PrFeB DENGAN
BINDER POLYESTER DAN SILICONE RUBBER
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang pembuatan bonded magnet PrFeB type MQEP 16-7 dengan binder polyester dan silicone rubber. Keunggulan dari bonded
magnet ini dapat diaplikasikan pada komponen berbentuk kecil dan rumit. Tujuan
penelitian ini untuk mengetahui pengaruh matriks polyester dan silicone rubber terhadap sifat mekanik dan magnetik pada pembuatan bonded magnet PrFeB. Proses pembuatan bonded magnet PrFeB dilakukan dengan cara mencampurkan serbuk magnet PrFeB dan masing-masing binder dengan variasi komposisi binder (%berat) 2, 4, 6, dan 8. Untuk setiap cuplikan dibutuhkan 8 gram massa total cuplikan bonded magnet PrFeB. Setelah campuran serbuk dibuat, kemudian dicetak menggunakan metode compression moulding dengan tekanan sampel
o
sebesar 5 ton. Suhu pengerasan (curing temperature) cuplikan 150 C untuk
bonded magnet binder polyester dan suhu ruang untuk bonded magnet binder silicone rubber . Karakterisasi cuplikan terdiri dari pengujian sifat magnet dan
sifat mekanik. Dari hasil penelitian diperoleh kuat medan magnet terbaik yaitu pada pembuatan bonded magnet dengan 2% binder silicone rubber sebesar 1156,9 G dan menghasilkan energi produk (BH) max 9,15 MGOe, serta nilai kekerasan Brinell 10,4 BHN dan kekutan tekan 22,3 MPa.
Kata kunci : Bonded magnet, magnet PrFeB, polyester, silicone rubber, sifat
magnet, sifat mekanik vi
FABRICATIONS BONDED PERMANENT MAGNETS PrFeB WITH
POLYESTER AND SILICONE RUBBER BINDER
ABSTRACT Research on fabrications bonded magnets PrFeB type MQEP 16-7 with polyester and silicone rubber binder has been done. The purpose of this study is determination of the effect of polyester and silicone rubber matrix on the mechanical and magnetic properties in the manufacture of bonded magnets PrFeB. The process of fabrications bonded magnets PrFeB made by mixing powder and magnets PrFeB respectively - each with variations binder composition (wt%) are 2, 4, 6, and 8. For each sample takes 8 grams total mass of bonded magnets PrFeB. Once the powder mixture is made, then printed using compression molding method with a sample pressure of 5 tons. Curing temperature of 150° C for samples bonded magnet with polyester binder and room temperature for samples bonded magnet with silicone rubber binder. The results showed that the best magnetic field derived from the manufacture of bonded magnets with the addition of 2% silicone rubber binder at 1156.9 G and energy product (BH)
9.15 MGOe, as well as the value of 10.4 BHN Brinell
max hardness and compressive strength of 22, 3 MPa.
Keywords: Bonded magnet, magnet PrFeB, polyester, silicone rubber, magnetic properties, mechanical properties vii
DAFTAR ISI
Halaman Persetujuan ii
Pernyataan iii
Penghargaan iv
Abstrak v
Abstract vi
Daftar Isi vii
Daftar Tabel ix
Daftar Gambar x
Daftar Lampiran xi
Bab 1. Pendahuluan 1.1.
1 Latar Belakang 1.2.
3 Perumusan Masalah 1.3.
3 Batasan Masalah 1.4.
4 Tujuan Penelitian 1.5.
4 Manfaat Penelitian 1.6.
4 Tempat Penelitian 1.7.
4 Sistematika Penulisan
Bab 2. Tinjauan Pustaka
2.1. Material Magnet
6
2.2. Sifat Intrinsik Kemagnetan Fasa Magnetik
6
2.2.1. Loop Histeresis
7
2.2.2. Polarisasi Total Fasa Magnetik
10
2.2.3. Medan Anisotropi (Anisotropy Field) Fasa Magnetik
10
2.2.4. Produk Energi Maksimum (BH) max
11
2.2.5 Temperatur Curie Fasa Magnetik
13
2.3. Magnet Pr
2 Fe
14 B
13
2.3.1. Struktur Kristal Pr
2 Fe
14 B
14
2.3.2. Sifat Pr Fe B
14
2
14
2.3.3. Karakteristik terhadap Temperatur
15
2.3.4. Ketahanan Terhadap Korosi
15
2.3.5. Fabrikasi
16
2.4. Bonded Magnet PrFeB
16
2.5. Binder Polyester dan Sillicone Rubber
17
2.5.1. Polyester
17
2.5.2. Sillicone Rubber
18 Bab 3. Metodologi Penelitian
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
21 3.2.
21 Peralatan dan Bahan viii
3.2.1.
21 Peralatan 3.2.2.
22 Bahan 3.3.
23 Diagram Alir Penelitian 3.4.
24 Prosedur Penelitian 3.4.1.
24 Pencampuran Bahan Baku
3.4.2. Proses Kompaksi
24 3.4.3.
24 Pengeringan Sampel 3.4.4.
25 Magnetisasi
3.5. Karakterisasi
25
3.5.1. Karakterisasi Sifat Fisis
25
3.5.1.1. Densitas
25
3.5.1.2. Struktur Mikro
26
3.5.2. Karakterisasi Sifat Mekanik
26
3.5.2.1. Brinell Hardness
26
3.5.2.2. Compressive Test
27
3.5.3. Karakterisasi Sifat Magnetik
28 Bab 4. Hasil dan Pembahasan
4.1. Hasil Penelitian
29
4.1.1. Hasil Pengujian Sifat Fisis
29
4.1.1.1. Hasil Pengujian Densitas
29
4.1.1.2. Hasil Pengujian Struktur Mikro
29
4.1.2. Hasil Pengujian Sifat Mekanik
32
4.1.2.1. Hasil Pengujian Kekerasan Brinell
32
4.1.2.2. Hasil Pengujian Kekuatan Tekan
32
4.1.3. Hasil Pengujian Sifat Magnet
33
4.2. Pembahasan
35
4.2.1. Sifat Fisis
35
4.2.1.1. Densitas
35
4.2.1.2. Struktur Mikro
37
4.2.2. Sifat Mekanik
38
4.2.2.1. Kekerasan Brinell
38
4.2.2.2. Kekuatan Tekan
40
4.2.3. Sifat Magnet
41
4.2.3.1. Sifat Magnet Bonded PrFeB dengan Binder Polyester
41
4.2.3.2. Sifat Magnet Bonded PrFeB dengan Binder Silicone Rubber
43 Bab 5. Kesimpulan dan Saran
5.1. Kesimpulan
46
5.2. Saran
47 DAFTAR PUSTAKA
48
DAFTAR TABEL
32 Tabel 4.3. Nilai Kekuatan Tekan Bonded Magnet PrFeB dengan Variasi Komposisi Binder
44
43 Tabel 4.8. Data Sifat Magnet Bonded Magnet PrFeB dengan Komposisi 2% Binder Silicone Rubber
35 Tabel 4.7. Data Sifat Magnet Bonded Magnet PrFeB dengan Komposisi 2% Binder Polyester
34 Tabel 4.6. Data Hasil Pemagraph Bonded Magnet PrFeB dengan Komposisi 2% Binder Silicone Rubber
33 Tabel 4.5. Data Hasil Pemagraph Bonded Magnet PrFeB dengan Komposisi 2% Binder Polyester
33 Tabel 4.4. Nilai Kuat Medan Magnet pada Bonded Magnet PrFeB dengan Variasi Komposisi Binder
29 Tabel 4.2. Nilai Kekerasan Brinell Bonded Magnet PrFeB dengan Variasi Komposisi Binder
Nomor Judul Halaman Tabel
19 Tabel 4.1. Hasil Pengukuran Densitas Bonded Magnet PrFeB dengan Variasi Komposisi Binder
18 Tabel 2.4. Sifat Fisik dan Mekanik Silicone Rubber
15 Tabel 2.3. Sifat Fisik dan Mekanik Polyester
14 B
2 Fe
9 Tabel 2.2. Sifat Pr
Tabel 2.1. Sifat Beberapa Magnet Kerasix
DAFTAR GAMBAR
34 Gambar 4.4. Kurva Histerisis Bonded Magnet PrFeB dengan Komposisi 2% Binder Silicone Rubber
44
42 Gambar 4.12. Kuat Medan Magnet Bonded Magnet PrFeB Terhadap Pengaruh Komposisi (%berat) Silicone Rubber
41 Gambar 4.11. Kuat Medan Magnet Bonded Magnet PrFeB Terhadap Pengaruh Komposisi (%berat) Polyester
40 Gambar 4.10. Kuat Tekan Bonded Magnet PrFeB Terhadap Pengaruh Komposisi (%berat) Silicone Rubber
39 Gambar 4.9. Kuat Tekan Bonded Magnet PrFeB Terhadap Pengaruh Komposisi (%berat) Polyester
38 Gambar 4.8. Kekerasan Brinell Bonded Magnet PrFeB Terhadap Pengaruh Komposisi (%berat) Silicone Rubber
36 Gambar 4.7. Kekerasan Brinell Bonded Magnet PrFeB Terhadap Pengaruh Komposisi (%berat) Polyester
35 Gambar 4.6. Densitas Bonded Magnet PrFeB Terhadap Pengaruh Komposisi (%berat) Silicone Rubber
34 Gambar 4.5. Densitas Bonded Magnet PrFeB Terhadap Pengaruh Komposisi (%berat) Polyester
31 Gambar 4.3. Kurva Histerisis Bonded Magnet PrFeB dengan Komposisi 2% Binder Polyester
Nomor Judul Halaman Gambar
30 Gambar 4.2. Hasil SEM EDX Cuplikan Bonded Magnet PrFeB dengan Binder Silicone Rubber
28 Gambar 4.1. Hasil SEM EDX Cuplikan Bonded Magnet PrFeB dengan Binder Polyester
GmbH Pemagraph C
27 Gambar 3.4. Contoh Kurva Histerisis Hasil Pengujian Menggunakan Magnet Physic Dr. Steingroever
27 Gambar 3.3. Pengujian Kekuatan Tekan Menggunakan UTM
26 Gambar 3.2. Diameter Lekukan pada Sampel dengan Pengujian Kekerasan Brinell
11 Gambar 3.1. Pengujian Kekerasan Brinell
7 Gambar 2.2. Penentuan nilai (BH) max dari kuadran ke-II loop histerisis
Gambar 2.1. Kurva histerisisx