Pembuatan Magnet Barium Heksaferit (BaFe12O19) dengan Metode Metalurgi Serbuk dan Karakterisasinya
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Material BaFe12O19 digunakan sangat luas digunakan sebagai primadona
magnet permanen, bahkan hingga sekarang masih menguasai 52% pangsa
pasar magnet permanen dunia. Beberapa kelebihan yang dimiliki material ini
adalah anisotropi magnetokristallin dan temperature curie yang tinggi serta
saturasi magnetisasi yang besar. Kelebihan lain material tersebut adalah
memiliki stabilitas kimia yang baik serta tahan terhadap korosi, disamping itu
memiliki sifat seritivitas listrik yang relative tinggi sehingga memiliki peluang
untuk digunakan sebagai material magnet untuk aplikasi pada gelombang
electromagnet. Barium Hexaferrite (BaFe 12O19) adalaha material magnet kelas
ferrimagnetik dengan lima ion Fe menenpati kisi berbeda. Ferrimagnetik ini
memiliki saturasi magnetik total dan koersivitas magnetik yang paling tinggi
diantara kelas ferrite lainnya sehingga telah banyak dieksplorasi untuk
berbagai aplikasi teknologi seperti permanen magnet dan penyimpanan data
memori. Sifat-sifat ekstrinsik material kelas Barium Hexaferrite sangat
bergantung pada mekanika proses dan metoda yang digunakan (Priyono,
2010).
Sejak tahun 2001, industri metalurgi serbuk mengalami pertumbuhan yang
signifikan sebesar 11% pertahun. Tahun 2002, Amerika utara membutuhkan
368.000 ton besi dalam komponen manufaktur metalurgi serbuk. Akan tetapi,
penelitian dibidang metalurgi serbuk di Indonesia relatif sangat kecil apabila
dibandingkan dengan negara maju, seperti dikawasan Asia, misalnya Jepang,
Cina dan India, yang merupakan pioneer pengembangan teknologi metalurgi
serbuk untuk aplikasi komponen otomotif (Klar, 1993).
Metalurgi serbuk adalah teknik pembentukan logam dalam keadaan padat,
di mana bahan logam dibuat dengan ukuran partikel yang halus. Proses
pembentukan adalah bahan serbuk dimasukkan ke dalam cetakan kemudian
dilakukan kompaksi. Setelah dilakukan kompaksi, serbuk membentuk green
Universitas Sumatera Utara
body yang sesuai dengan bentuk cetakan yang diinginkan. Green body tersebut
disinter dengan tujuan agar terjadi pergerakan atom dalam bahan partikel
serbuk sehingga menghasilkan rongga di dalam bahan yang akan
mempengaruhi berat jenisnya. (German, 1994)
Beberapa produk hanya dapat dibuat melalui proses serbuk, produk
lainnya mampu bersaing dengan proses lainnya karena ketepatan ukuran
sehingga tidak diperlukan penyeleseian lebih lanjut. Ini merupakan salah satu
keunggulan dari proses serbuk metalurgi serbuk dibandingkan dengan proses
lainnya. Keuntungan metalurgi serbuk yaitu dapat menghasilkan produk yang
lebih baik dan lebih ekonomis. Proses ini dapat menghasilkan produk dengan
porositas yang terkendali. Serbuk yang murni menghasilkan produk yang
murni pula. Proses ini sangat ekonomis karena tidak ada bahan yang terbuang
selama proses produksi. Tidak diperlukan keahlian khusus untuk menjalankan
mesin pres dan mesin-mesin lainnya.
Keterbatasan metalurgi serbuk antara lain; serbuk logam mahal dan
terkadang sulit penyimpanannya karena mudah terkontaminasi, alat peralatan
mahal, beberapa jenis produksi tidak dapat dibuat secara ekonomis karena
keterbatasan kapasitas mesin pres dan rasio kompresi berbagai jenis serbuk.
Bentuk yang sulit atau rumit tidak dapat dibuat karena selama penekanan
(pemampatan) serbuk logam tidak mampu mengalir mengisi ruangan cetakan.
(Toto, 2009)
Pembuatan magnet ferrite ada 2 cara yaitu pembuatan dengan cara
isotropik dan anisotropik. Kedua proses tersebut akan menghasilkan produk
dengan karakteristik (sifat kemagnetan) yang berbeda. Proses isotropik adalah
pembuatan ferrite dimana pada proses pembentukannya dilakukan secara
cetak kering (dry press) tanpa dilakukan orientasi partikel dengan medan
magnet. Sedangkan proses secara anisotropik adalah proses pembuatan ferrite
dimana pada waktu proses pembentukannya dilakukan dalam medan magnet
sehingga patikel-partikel ferrite terorientasi dan umumnya dilakukan secara
cetak basah. Sifat-sifat kemagnetan permanen magnet (hard ferrite
dipengaruhi oleh kemurnian bahan,ukur bulir (grain size), kepadatan
(densitas) dan orientasi kristal.
Universitas Sumatera Utara
Tahapan proses dalam pembuatan magnet permanen ferrite yang dapat
memberikan pengaruh terhadap sifat-sifat dari magnet permanen adalah:
proses preparasi serbuk untuk menghasilkan serbuk dengan morfologi yang
homogeneus, dan proses pemadatan pada suhu tinggi (proses sintering). Suhu
sintering sangat bergantung sekali pada jenis materialnya, umumnya
mendekati titik leburnya. Barium hexaferrite BaO.6Fe 2O3 umumnya
disinterring pada suhu tinggi 1300oC dengan besar ukuran partikel antara 1 -2
µm memiliki kekuatan magnet maksimum hanya sampai 2000 – 3000 Gauss
[Moulson A.J, 1985]. Sedangkan magnet permanen BaO.6Fe2O3 dengan
ukuran partikel sekitar 80 – 100 nm memiliki kekuatan magnet bisa mencapai
4000 Gauss, dengan suhu sintering kurang dari 1000oC (Bahadur D, 2006)
Sintering merupakan tahapan penting dalam memproses suatu bahan
padat, baik pada bahan unsur, paduan, komposit, hingga keramik. Dalam
sintering akan terjadi fenomena penyusutan (shrinkage) yaitu proses eliminasi
dan porositas pada saat pemadatan belum mencapai kejenuhan, setelah itu
akan terjadi fenomena pertumbuhan butir pada saat pemadatan mencapai
kejenuhan. Fenomena yang terjadi pada proses sintering dipengaruhi oleh
siklus yang melibatkan temperatur, kecepatan pemanasan, waktu penahanan
(holding time), kecepatan pendinginan dan tekanan (atm) (Arif, 2013).
1.2 Rumusan Masalah
BaCO3 dan Fe2O3 merupakan bahan baku yang melimpah, mudah di jumpai di
lapangan, harganya yang murah dan penanganannya relatif sederhana.
Berdasarkan hal ini maka peneliti ingin membuat magnet permanen Barium
Heksaferit (BaFe12O19).
1.3 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam penelitian ini meliputi:
1. Membuat magnet permanen Barium heksaferit (BaFe12O19).
2. Mengkarakterisasi sifat magnet, sifat fisis dan menganalisa struktur XRD.
Universitas Sumatera Utara
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Membuat magnet permanen Barium Heksaferit (BaFe12O19) dengan
metode metelurgi serbuk dengan menggunakan bahan baku BaCO 3 dan
Fe2O3.
2. Mengkarakterisasi Barium Heksaferit yang di buat dari Fe2O3 murni dan
membandingkan hasilnya dengan membuat Fe 2O3 teknis (mill scale).
3. Menentukan kondisi optimal suhu sintering dalam pembuatan Barium
Hexaferite.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Dapat diaplikasikan dalam berbagai bidang, seperti pada bidang elektrik
(Motor DC, Laudspeaker, Rotor multipolar motor listrik), bidang
instrumentasi elektronika (Pengontrol temperature, Jam elektrik, Pagar
elektronik), bidang telekomunikasi (Jalur transmisi, Antenna, Penguat
radio), dan bidang mekanik (Untuk mainan, Pemegang pada white board,
Untuk meteran air)
2. Dari penelitian ini diharapkan dapat menjadi sumber informasi khususnya
tentang magnet permanen.
1.6 Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Uji Pusat Penelitian Fisika LIPI Gd. 440
Kawasan PUSPIPTEK Serpong, Desa Setu, Kecamatan Setu, Kabupaten
Tangerang, Kode Pos 15310, Provinsi Banten, Indonesia.
1.7 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan pada masing-masing bab adalah sebagai berikut:
Bab I
Pendahuluan
Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah yang
akan diteliti, tujuan penelitian, manfaat penelitian, tempat
penelitian, dan sistematika penulisan.
Universitas Sumatera Utara
Bab II
Tinjauan Pustaka
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan
untuk proses pengambilan data, analisa data serta pembahasan.
Bab III
Metodologi Penelitian
Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian, diagram
alir penelitian, prosedur penelitian, pengujian sampel.
Bab IV
Hasil dan Pembahasan
Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa data
yang diperoleh dari penelitian.
Bab V
Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari penelitian
dan memberikan saran untuk penelitian yang lebih lanjut.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Material BaFe12O19 digunakan sangat luas digunakan sebagai primadona
magnet permanen, bahkan hingga sekarang masih menguasai 52% pangsa
pasar magnet permanen dunia. Beberapa kelebihan yang dimiliki material ini
adalah anisotropi magnetokristallin dan temperature curie yang tinggi serta
saturasi magnetisasi yang besar. Kelebihan lain material tersebut adalah
memiliki stabilitas kimia yang baik serta tahan terhadap korosi, disamping itu
memiliki sifat seritivitas listrik yang relative tinggi sehingga memiliki peluang
untuk digunakan sebagai material magnet untuk aplikasi pada gelombang
electromagnet. Barium Hexaferrite (BaFe 12O19) adalaha material magnet kelas
ferrimagnetik dengan lima ion Fe menenpati kisi berbeda. Ferrimagnetik ini
memiliki saturasi magnetik total dan koersivitas magnetik yang paling tinggi
diantara kelas ferrite lainnya sehingga telah banyak dieksplorasi untuk
berbagai aplikasi teknologi seperti permanen magnet dan penyimpanan data
memori. Sifat-sifat ekstrinsik material kelas Barium Hexaferrite sangat
bergantung pada mekanika proses dan metoda yang digunakan (Priyono,
2010).
Sejak tahun 2001, industri metalurgi serbuk mengalami pertumbuhan yang
signifikan sebesar 11% pertahun. Tahun 2002, Amerika utara membutuhkan
368.000 ton besi dalam komponen manufaktur metalurgi serbuk. Akan tetapi,
penelitian dibidang metalurgi serbuk di Indonesia relatif sangat kecil apabila
dibandingkan dengan negara maju, seperti dikawasan Asia, misalnya Jepang,
Cina dan India, yang merupakan pioneer pengembangan teknologi metalurgi
serbuk untuk aplikasi komponen otomotif (Klar, 1993).
Metalurgi serbuk adalah teknik pembentukan logam dalam keadaan padat,
di mana bahan logam dibuat dengan ukuran partikel yang halus. Proses
pembentukan adalah bahan serbuk dimasukkan ke dalam cetakan kemudian
dilakukan kompaksi. Setelah dilakukan kompaksi, serbuk membentuk green
Universitas Sumatera Utara
body yang sesuai dengan bentuk cetakan yang diinginkan. Green body tersebut
disinter dengan tujuan agar terjadi pergerakan atom dalam bahan partikel
serbuk sehingga menghasilkan rongga di dalam bahan yang akan
mempengaruhi berat jenisnya. (German, 1994)
Beberapa produk hanya dapat dibuat melalui proses serbuk, produk
lainnya mampu bersaing dengan proses lainnya karena ketepatan ukuran
sehingga tidak diperlukan penyeleseian lebih lanjut. Ini merupakan salah satu
keunggulan dari proses serbuk metalurgi serbuk dibandingkan dengan proses
lainnya. Keuntungan metalurgi serbuk yaitu dapat menghasilkan produk yang
lebih baik dan lebih ekonomis. Proses ini dapat menghasilkan produk dengan
porositas yang terkendali. Serbuk yang murni menghasilkan produk yang
murni pula. Proses ini sangat ekonomis karena tidak ada bahan yang terbuang
selama proses produksi. Tidak diperlukan keahlian khusus untuk menjalankan
mesin pres dan mesin-mesin lainnya.
Keterbatasan metalurgi serbuk antara lain; serbuk logam mahal dan
terkadang sulit penyimpanannya karena mudah terkontaminasi, alat peralatan
mahal, beberapa jenis produksi tidak dapat dibuat secara ekonomis karena
keterbatasan kapasitas mesin pres dan rasio kompresi berbagai jenis serbuk.
Bentuk yang sulit atau rumit tidak dapat dibuat karena selama penekanan
(pemampatan) serbuk logam tidak mampu mengalir mengisi ruangan cetakan.
(Toto, 2009)
Pembuatan magnet ferrite ada 2 cara yaitu pembuatan dengan cara
isotropik dan anisotropik. Kedua proses tersebut akan menghasilkan produk
dengan karakteristik (sifat kemagnetan) yang berbeda. Proses isotropik adalah
pembuatan ferrite dimana pada proses pembentukannya dilakukan secara
cetak kering (dry press) tanpa dilakukan orientasi partikel dengan medan
magnet. Sedangkan proses secara anisotropik adalah proses pembuatan ferrite
dimana pada waktu proses pembentukannya dilakukan dalam medan magnet
sehingga patikel-partikel ferrite terorientasi dan umumnya dilakukan secara
cetak basah. Sifat-sifat kemagnetan permanen magnet (hard ferrite
dipengaruhi oleh kemurnian bahan,ukur bulir (grain size), kepadatan
(densitas) dan orientasi kristal.
Universitas Sumatera Utara
Tahapan proses dalam pembuatan magnet permanen ferrite yang dapat
memberikan pengaruh terhadap sifat-sifat dari magnet permanen adalah:
proses preparasi serbuk untuk menghasilkan serbuk dengan morfologi yang
homogeneus, dan proses pemadatan pada suhu tinggi (proses sintering). Suhu
sintering sangat bergantung sekali pada jenis materialnya, umumnya
mendekati titik leburnya. Barium hexaferrite BaO.6Fe 2O3 umumnya
disinterring pada suhu tinggi 1300oC dengan besar ukuran partikel antara 1 -2
µm memiliki kekuatan magnet maksimum hanya sampai 2000 – 3000 Gauss
[Moulson A.J, 1985]. Sedangkan magnet permanen BaO.6Fe2O3 dengan
ukuran partikel sekitar 80 – 100 nm memiliki kekuatan magnet bisa mencapai
4000 Gauss, dengan suhu sintering kurang dari 1000oC (Bahadur D, 2006)
Sintering merupakan tahapan penting dalam memproses suatu bahan
padat, baik pada bahan unsur, paduan, komposit, hingga keramik. Dalam
sintering akan terjadi fenomena penyusutan (shrinkage) yaitu proses eliminasi
dan porositas pada saat pemadatan belum mencapai kejenuhan, setelah itu
akan terjadi fenomena pertumbuhan butir pada saat pemadatan mencapai
kejenuhan. Fenomena yang terjadi pada proses sintering dipengaruhi oleh
siklus yang melibatkan temperatur, kecepatan pemanasan, waktu penahanan
(holding time), kecepatan pendinginan dan tekanan (atm) (Arif, 2013).
1.2 Rumusan Masalah
BaCO3 dan Fe2O3 merupakan bahan baku yang melimpah, mudah di jumpai di
lapangan, harganya yang murah dan penanganannya relatif sederhana.
Berdasarkan hal ini maka peneliti ingin membuat magnet permanen Barium
Heksaferit (BaFe12O19).
1.3 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam penelitian ini meliputi:
1. Membuat magnet permanen Barium heksaferit (BaFe12O19).
2. Mengkarakterisasi sifat magnet, sifat fisis dan menganalisa struktur XRD.
Universitas Sumatera Utara
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Membuat magnet permanen Barium Heksaferit (BaFe12O19) dengan
metode metelurgi serbuk dengan menggunakan bahan baku BaCO 3 dan
Fe2O3.
2. Mengkarakterisasi Barium Heksaferit yang di buat dari Fe2O3 murni dan
membandingkan hasilnya dengan membuat Fe 2O3 teknis (mill scale).
3. Menentukan kondisi optimal suhu sintering dalam pembuatan Barium
Hexaferite.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Dapat diaplikasikan dalam berbagai bidang, seperti pada bidang elektrik
(Motor DC, Laudspeaker, Rotor multipolar motor listrik), bidang
instrumentasi elektronika (Pengontrol temperature, Jam elektrik, Pagar
elektronik), bidang telekomunikasi (Jalur transmisi, Antenna, Penguat
radio), dan bidang mekanik (Untuk mainan, Pemegang pada white board,
Untuk meteran air)
2. Dari penelitian ini diharapkan dapat menjadi sumber informasi khususnya
tentang magnet permanen.
1.6 Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Uji Pusat Penelitian Fisika LIPI Gd. 440
Kawasan PUSPIPTEK Serpong, Desa Setu, Kecamatan Setu, Kabupaten
Tangerang, Kode Pos 15310, Provinsi Banten, Indonesia.
1.7 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan pada masing-masing bab adalah sebagai berikut:
Bab I
Pendahuluan
Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah yang
akan diteliti, tujuan penelitian, manfaat penelitian, tempat
penelitian, dan sistematika penulisan.
Universitas Sumatera Utara
Bab II
Tinjauan Pustaka
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan
untuk proses pengambilan data, analisa data serta pembahasan.
Bab III
Metodologi Penelitian
Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian, diagram
alir penelitian, prosedur penelitian, pengujian sampel.
Bab IV
Hasil dan Pembahasan
Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa data
yang diperoleh dari penelitian.
Bab V
Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari penelitian
dan memberikan saran untuk penelitian yang lebih lanjut.
Universitas Sumatera Utara