Pengaruh Annealing dan Komposisi Aditif Ferro Boron (FeB) Terhadap Sifat Fisis dan Magnet Dari Barium Heksaferit (BaFe12O19)
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sejalan dengan kemajuan teknologi baik di bidang mekanika, elektronik, otomotif
bahkan sampai kedokteran, pengembangan industri magnet memiliki peranan
yang sangat penting.Oleh karena itu, teknologi tersebut memiliki ketergantungan
terhadap material magnet sebagai salah satu komponen yang digunakan. Di
Indonesia telah dikembangkan industri magnet ferrite, magnet yang dihasilkan
dari industri tersebut memiliki magnetik remanensi, Br = 4,10 kG dan koersifitas,
Hc = 3,32 kOe (Anwar, 2011).
Magnet permanen adalah salah satu jenis material maju dengan aplikasi
yang sangat luas dan strategis yang perlu dikembangkan di Indonesia.Efisiensi
energi yang tinggi seperti pada sistem generator listrik, penggerak listrik/motor
listrik.Otomatisasi industri dan lainnya sangat ditentukan oleh sifat dan kualitas
material magnet tersebut. Pada sistem otomatisasi elektronik, industri dan
sejenisnya juga memerlukan sejumlah magnet yang tidak sedikit dan
membutuhkan spesifikasi sifat magnet tertentu untuk setiap komponennya
(Hulu,2013). Kebutuhan magnet permanen dunia terus meningkat, saat ini produk
magnet khususnya magnet permanen yang ada di Indonesia 100% masih di impor.
Penguasaan teknologi produksi magnet permanen diharapkan dapat memberikan
nilai tambah yang signifikan, dengan mempertimbangkan belumadanya produsen
lokal untuk memenuhi kebutuhan magnet permanen dalam negeri.Pemenuhan
kebutuhan komponen magnet permanen sampai saat ini masih sangat bergantung
dari produk impor seperti dari Jepang dan China (Priyo Sardjono, 2012).
Kualitas bahan magnet permanen dicirikan olehantara lain, besarnya
produk energi 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
Universitas Sumatera Utara
ukuran yang besar sehingga sepadan dengan kecenderungan teknologi modern,
dimana miniaturisasi menjadi prioritas (Ruth Mentari Hutahaean, 2014).
Barium hexaferrite merupakan bahan magnet permanen, memiliki rumus kimia
BaFe12O19 (BaM) dan banyak digunakan sebagai media perekaman magnetik,
perangkat microwave dan bidang perisai elektromagnetik. Barium hexaferrite
secara ilmiah dan teknologi sangat menarik, karena memiliki temperatur curie,
koersivitas dan medan anisotropi magnetik yang tinggi, serta memiliki stabilitas
kimia dan resistivitas korosi yang sangat baik. Ferrite banyak digunakan
meskipun memiliki kekuatan magnetik kurang jika dibanding magnet jenis lain,
misalnya NdFeB. Barium hexaferrite biasanya diproduksi dengan metode
pencampuran konvensional keramik oksida yang melibatkan kalsinasi campuran
BaCO3 dan Fe2O3 pada suhu 900-1200 C (Wibowo, 2015). Barium hexaferrite
dengan rumus kimia BaFe12O19 telah diketahui sebagaimagnet permanen dengan
struktur heksagonal dengan space group P 63/mmc. Loop histerisis magnet
permanen jenis ini memiliki koersivitas yang relatif tidak besar, sehingga material
tersebut juga berpeluang yang cukup baik untuk aplikasi media penyimpan data
(magnetic recording) dan magneto optic materials (Wibowo.A, 2015).
Pada penelitian ini aditif yang digunakan adalah Ferro Boron dengan
rumus kimia FeB. Paduan Ferro terdiri dari Besi (Fe) dan Boron dengan
kandungan Boron (B) antara 17 % - 20 %. Penggunaan Ferro Boron meliputi:
Peningkatan hardenability baja paduan rendah, perawatan permukaan baja borat,
pengurangan nitrogen, pembuatan NdFeB magnet permanen dan pembuatan
logam kaca.
Pada penelitian-penelitian sebelumnya telah banyak dianalisa pengaruh
waktu milling, suhu kalsinasi, besarnya tekanan kompaksi dan suhu sintering,
maka pada penelitian ini akan difokuskan pada tahapan setelah dilakukannya
proses mixing yaitu proses annealing.
Ada berbagai metode mixing dan millingdigunakan dalam pembuatan
magnet barium heksaferit. Mixing merupakan penggabungan dua bahan menjadi
suatu bahan yang baru yang homogen dengan bantuan alat.Pencampuran serbuk
dapat dilakukan dengan mencampurkan logam yang berbeda dan materialmaterial lain untuk memberikan sifat fisik dan mekanik yang lebih baik.
Universitas Sumatera Utara
Pencampuran dapat dilakukan dengan proses kering (dry mixing) dan proses basah
(wet mixing).
Oleh sebab itu , pada penelitian ini akan meneliti pengaruh penambahan aditif
FeB dalam prosedur awal bahan BaFe12O19 yang diperoleh dengan metode
mechanical milling/alloying, untuk melihat pengaruh aditif pada fasa akhir dan
sifat kemagnetannya.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut diatas, permasalahan umum dari
penelitian ini adalah:
1. Bagaimana pengaruh variasi waktu milling pada proses milling terhadap
serbuk BaFe12O19 dan FeB
2. Bagaimana pengaruh penambahan aditif FeB pada serbuk BaFe12O19
terhadap variasi temperatur Annealing.
3. Bagaimana pengaruh penambahan aditif FeB terhadap sifat fisis dan
magnet dari BaFe12O19 setelah proses Annealing.
1.3 Batasan Masalah
Untuk mendapatkan hasil penelitian dari permasalahan yang ditentukan, maka
perlu ada pembatasan masalah penelitian, yaitu sebagai berikut:
1. Sampel yang digunakan adalah serbuk BaFe12O19 dan FeB.
2. Variasi komposisi BaFe12O19 dan FeB,yaitu: 97 : 3, 94 : 6, dan 91 : 9
(dalam %wt).
3. Variasi waktu milling (dry milling),selama: 12 ; 24 ;dan 36 jam
menggunakan Planetary Ball Mill (PBM) untuk serbuk BaFe12O19 dan
milling serbuk FeB dengan menggunakan High Energy Milling (HEM)
selama 1 jam dengan penambahan toluene.
4. Variasi suhu Annealing yaitu 1000, 1100,dan 1200 ºC (holding time 2 jam)
5. Karakterisasi bahan
BaFe12O19 dan FeB hasil yang akan dilakukan
meliputi:
a.
Analisa XRD, untuk mengetahui struktur kristal
Universitas Sumatera Utara
b. Analisa OM, untuk mengetahui morfologi dan ukuran partikel dari
serbuk BaFe12O19 dan FeB sebelum dan sesudah Milling serta
Annealing
d.
Karakterisasi
densitas
dari serbuk BaFe12O19 dan FeB dengan
pengujian True density.
e. Karakterisasi sifat magnet dengan Vibrating Sample Magnetometer
(VSM).
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui pengaruh variasi waktu milling pada proses milling terhadap
serbuk BaFe12O19 dan FeB
2. Mengetahui pengaruh penambahan aditif FeB pada serbuk BaFe12O19
terhadap variasi temperatur Annealing.
3. Mengetahui pengaruh penambahan aditif FeB terhadap sifat fisis dan
magnet dari BaFe12O19 setelah Annealing.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Memberikan informasi mengenai pengaruh penambahan FeB dengan
perlakuan Annealing terhadap sifat fisis dan magnet dari serbuk BaFe12O19
2. Memperoleh material magnet dengan sifat fisis dan sifat magnet yang
lebih baik sesuai aplikasi yang diinginkan.
3. Hasil penelitian berupa serbuk magnet yang dapat dimanfaatkan serta
diaplikasikan pada alat-alat rumah tangga maupun industri.
1.6 Sistematika Penulisan
Penulisan penelitian ini dibuat sesuai urutan bab serta isinya yang secara garis
besar dapat diuraikan sebagai berikut :
BAB 1
Pendahuluan
Pada bab ini berisi tentang latar belakang, perumusan
masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat
penelitian dan sistematika penulisan.
Universitas Sumatera Utara
BAB 2
Teori Dasar
Pada bab ini membahas tentang landasan teori yang
menjadi acuan untuk proses pengambilan data, analisa data
serta pembahasan, berisi materi – materi pendukung
penelitian yang terdiri atas : kemagnetan bahan, histerisis
magnet, sifat – sifat magnet.
BAB 3
Metode Penelitian
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai tempat penelitian,
alat dan bahan yang digunakan, serta langkah kerja yang
dilakukan dalam penelitian ini.
BAB 4
Hasil dan Pembahasan
Pada bab ini berisi tentang hasil– hasil penelitian dan
pembahasannya.
BAB 5
Kesimpulan dan Saran
Penutup berisi tentang kesimpulan dari hasil penelitian
yang telah dilakukan serta saran-saran yang berkaitan
dengan hasil penelitian tersebut.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sejalan dengan kemajuan teknologi baik di bidang mekanika, elektronik, otomotif
bahkan sampai kedokteran, pengembangan industri magnet memiliki peranan
yang sangat penting.Oleh karena itu, teknologi tersebut memiliki ketergantungan
terhadap material magnet sebagai salah satu komponen yang digunakan. Di
Indonesia telah dikembangkan industri magnet ferrite, magnet yang dihasilkan
dari industri tersebut memiliki magnetik remanensi, Br = 4,10 kG dan koersifitas,
Hc = 3,32 kOe (Anwar, 2011).
Magnet permanen adalah salah satu jenis material maju dengan aplikasi
yang sangat luas dan strategis yang perlu dikembangkan di Indonesia.Efisiensi
energi yang tinggi seperti pada sistem generator listrik, penggerak listrik/motor
listrik.Otomatisasi industri dan lainnya sangat ditentukan oleh sifat dan kualitas
material magnet tersebut. Pada sistem otomatisasi elektronik, industri dan
sejenisnya juga memerlukan sejumlah magnet yang tidak sedikit dan
membutuhkan spesifikasi sifat magnet tertentu untuk setiap komponennya
(Hulu,2013). Kebutuhan magnet permanen dunia terus meningkat, saat ini produk
magnet khususnya magnet permanen yang ada di Indonesia 100% masih di impor.
Penguasaan teknologi produksi magnet permanen diharapkan dapat memberikan
nilai tambah yang signifikan, dengan mempertimbangkan belumadanya produsen
lokal untuk memenuhi kebutuhan magnet permanen dalam negeri.Pemenuhan
kebutuhan komponen magnet permanen sampai saat ini masih sangat bergantung
dari produk impor seperti dari Jepang dan China (Priyo Sardjono, 2012).
Kualitas bahan magnet permanen dicirikan olehantara lain, besarnya
produk energi 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
Universitas Sumatera Utara
ukuran yang besar sehingga sepadan dengan kecenderungan teknologi modern,
dimana miniaturisasi menjadi prioritas (Ruth Mentari Hutahaean, 2014).
Barium hexaferrite merupakan bahan magnet permanen, memiliki rumus kimia
BaFe12O19 (BaM) dan banyak digunakan sebagai media perekaman magnetik,
perangkat microwave dan bidang perisai elektromagnetik. Barium hexaferrite
secara ilmiah dan teknologi sangat menarik, karena memiliki temperatur curie,
koersivitas dan medan anisotropi magnetik yang tinggi, serta memiliki stabilitas
kimia dan resistivitas korosi yang sangat baik. Ferrite banyak digunakan
meskipun memiliki kekuatan magnetik kurang jika dibanding magnet jenis lain,
misalnya NdFeB. Barium hexaferrite biasanya diproduksi dengan metode
pencampuran konvensional keramik oksida yang melibatkan kalsinasi campuran
BaCO3 dan Fe2O3 pada suhu 900-1200 C (Wibowo, 2015). Barium hexaferrite
dengan rumus kimia BaFe12O19 telah diketahui sebagaimagnet permanen dengan
struktur heksagonal dengan space group P 63/mmc. Loop histerisis magnet
permanen jenis ini memiliki koersivitas yang relatif tidak besar, sehingga material
tersebut juga berpeluang yang cukup baik untuk aplikasi media penyimpan data
(magnetic recording) dan magneto optic materials (Wibowo.A, 2015).
Pada penelitian ini aditif yang digunakan adalah Ferro Boron dengan
rumus kimia FeB. Paduan Ferro terdiri dari Besi (Fe) dan Boron dengan
kandungan Boron (B) antara 17 % - 20 %. Penggunaan Ferro Boron meliputi:
Peningkatan hardenability baja paduan rendah, perawatan permukaan baja borat,
pengurangan nitrogen, pembuatan NdFeB magnet permanen dan pembuatan
logam kaca.
Pada penelitian-penelitian sebelumnya telah banyak dianalisa pengaruh
waktu milling, suhu kalsinasi, besarnya tekanan kompaksi dan suhu sintering,
maka pada penelitian ini akan difokuskan pada tahapan setelah dilakukannya
proses mixing yaitu proses annealing.
Ada berbagai metode mixing dan millingdigunakan dalam pembuatan
magnet barium heksaferit. Mixing merupakan penggabungan dua bahan menjadi
suatu bahan yang baru yang homogen dengan bantuan alat.Pencampuran serbuk
dapat dilakukan dengan mencampurkan logam yang berbeda dan materialmaterial lain untuk memberikan sifat fisik dan mekanik yang lebih baik.
Universitas Sumatera Utara
Pencampuran dapat dilakukan dengan proses kering (dry mixing) dan proses basah
(wet mixing).
Oleh sebab itu , pada penelitian ini akan meneliti pengaruh penambahan aditif
FeB dalam prosedur awal bahan BaFe12O19 yang diperoleh dengan metode
mechanical milling/alloying, untuk melihat pengaruh aditif pada fasa akhir dan
sifat kemagnetannya.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut diatas, permasalahan umum dari
penelitian ini adalah:
1. Bagaimana pengaruh variasi waktu milling pada proses milling terhadap
serbuk BaFe12O19 dan FeB
2. Bagaimana pengaruh penambahan aditif FeB pada serbuk BaFe12O19
terhadap variasi temperatur Annealing.
3. Bagaimana pengaruh penambahan aditif FeB terhadap sifat fisis dan
magnet dari BaFe12O19 setelah proses Annealing.
1.3 Batasan Masalah
Untuk mendapatkan hasil penelitian dari permasalahan yang ditentukan, maka
perlu ada pembatasan masalah penelitian, yaitu sebagai berikut:
1. Sampel yang digunakan adalah serbuk BaFe12O19 dan FeB.
2. Variasi komposisi BaFe12O19 dan FeB,yaitu: 97 : 3, 94 : 6, dan 91 : 9
(dalam %wt).
3. Variasi waktu milling (dry milling),selama: 12 ; 24 ;dan 36 jam
menggunakan Planetary Ball Mill (PBM) untuk serbuk BaFe12O19 dan
milling serbuk FeB dengan menggunakan High Energy Milling (HEM)
selama 1 jam dengan penambahan toluene.
4. Variasi suhu Annealing yaitu 1000, 1100,dan 1200 ºC (holding time 2 jam)
5. Karakterisasi bahan
BaFe12O19 dan FeB hasil yang akan dilakukan
meliputi:
a.
Analisa XRD, untuk mengetahui struktur kristal
Universitas Sumatera Utara
b. Analisa OM, untuk mengetahui morfologi dan ukuran partikel dari
serbuk BaFe12O19 dan FeB sebelum dan sesudah Milling serta
Annealing
d.
Karakterisasi
densitas
dari serbuk BaFe12O19 dan FeB dengan
pengujian True density.
e. Karakterisasi sifat magnet dengan Vibrating Sample Magnetometer
(VSM).
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui pengaruh variasi waktu milling pada proses milling terhadap
serbuk BaFe12O19 dan FeB
2. Mengetahui pengaruh penambahan aditif FeB pada serbuk BaFe12O19
terhadap variasi temperatur Annealing.
3. Mengetahui pengaruh penambahan aditif FeB terhadap sifat fisis dan
magnet dari BaFe12O19 setelah Annealing.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Memberikan informasi mengenai pengaruh penambahan FeB dengan
perlakuan Annealing terhadap sifat fisis dan magnet dari serbuk BaFe12O19
2. Memperoleh material magnet dengan sifat fisis dan sifat magnet yang
lebih baik sesuai aplikasi yang diinginkan.
3. Hasil penelitian berupa serbuk magnet yang dapat dimanfaatkan serta
diaplikasikan pada alat-alat rumah tangga maupun industri.
1.6 Sistematika Penulisan
Penulisan penelitian ini dibuat sesuai urutan bab serta isinya yang secara garis
besar dapat diuraikan sebagai berikut :
BAB 1
Pendahuluan
Pada bab ini berisi tentang latar belakang, perumusan
masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat
penelitian dan sistematika penulisan.
Universitas Sumatera Utara
BAB 2
Teori Dasar
Pada bab ini membahas tentang landasan teori yang
menjadi acuan untuk proses pengambilan data, analisa data
serta pembahasan, berisi materi – materi pendukung
penelitian yang terdiri atas : kemagnetan bahan, histerisis
magnet, sifat – sifat magnet.
BAB 3
Metode Penelitian
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai tempat penelitian,
alat dan bahan yang digunakan, serta langkah kerja yang
dilakukan dalam penelitian ini.
BAB 4
Hasil dan Pembahasan
Pada bab ini berisi tentang hasil– hasil penelitian dan
pembahasannya.
BAB 5
Kesimpulan dan Saran
Penutup berisi tentang kesimpulan dari hasil penelitian
yang telah dilakukan serta saran-saran yang berkaitan
dengan hasil penelitian tersebut.
Universitas Sumatera Utara