Pembuatan Magnet Permanen NdFeB FeMn Dengan Metode Mechanical Alloying
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Perkembangan magnet permanen saat ini sangat difokuskan untuk
magnet permanen energi tinggi. Salah satu bahan magnet permanen yang dapat
menghasilkan energi tinggi tersebut adalah dari jenis Re-Fe-B (Re = Nd, Pr)
yang terbuat dari paduan logam tanah jarang berjenis Neodymium atau
Praseodymium, logam Besi, dan Boron dengan fasa magnet Nd2Fe14B atau
Pr2Fe14B yang memiliki struktur kristal tetragonal dan memiliki induksi
magnet saturasi yang tinggi mencapai 1,6 T atau 16 kG, dengan induksi
remanensi tertinggi saat ini mencapai 1,53 T atau 15,3 kG dalam bentuk
sintered magnet. (C.Kurniawan, 2013).
Magnet permanen merupakan suatu material yang sangat strategis untuk
dikembangkan dimasa depan. Penguasaan teknologi produksi magnet
permanen diharapkan dapat memberikan nilai tambah yang signifikan, dengan
mempertimbangkan belum adanya produsen magnet local untuk memenuhi
kebutuhan magnet permanen dalam negri.Pertumbuhan kebutuhan komponen
magnet permanen sampai saat ini masih sangat bergantung dari produk impor
seperti dari Jepang dan China.Oleh karena itu, diperlukan suatu kegiatan riset
yang intensif untuk mengembangkan sistem produksi magnet permanen dan
mendorong pertumbuhan industry lokal yang memproduksi magnet permanen
untuk keperluan dalam negeri (Sardjono dkk 2012,2013).
Magnet permanen Neodymium-Iron-Boron (NdFeB) selalu menarik
banyak perhatian sejak ditemukan pada 1980-an karena kinerjanya yang sangat
baik. Sehingga teknologi magnet untuk menghasilkan material magnetik
dengan kualitas tinggi sangat ditentukan juga oleh teknologi proses
materialnya. Untuk itu perlu dilakukan penelitian pembuatan magnet ini karena
magnet NdFeB memiliki kelebihan karena memiliki gaya tarik yang sangat
tinggi antara kutubnya dan sangat menguntungkan.
Magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB) adalah magnet yang terbuat
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
2
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).
Dalam aplikasinya magnet NdFeB dapat digunakan dalam berbagai
bidang, seperti pada peralatan elektronik, motor listrik, sensor/tranduser,
industri otomotif, industry Petrokimia, produk peralatan kesehatan, dll.
(Novrita,2006)
Aplikasi magnet permanen NdFeB pada saat ini makin berkembang
dengan dikuasainya teknologi pengolahan serbuk bahan tersebut dalam ukuran
yang sangat kecil atau dalam skala nanometer. (Sardjono dkk 2012,2013).
FeMn (ferromangan) terbuat dari bijih mangan kadar tinggi (lebih dari
40% Mn), yang umumnya dibuat dengan menggunakan tungku electric arc
furnace dan banyak digunakan dalam industri baja dunia seperti produksi
baterai kering, keramik, gelas dan kimia. (Nurjaman dkk., 2015).
Pada penelitian ini akan dilakukan penambahan FeMn (ferromangan) ke
dalam neodymium iron boron sebagai prekursor dengan metode mechanical
alloying. Mechanical alloying merupakan pencampuran serbuk dengan bola
penggilingan (biasanya bola besi/baja). Campuran ini kemudian dimilling
beberapa lama sehingga keadaan tetap dari serbuk tercapai dimana komposisi
serbuk semuanya sama seperti ukuran elemen-elemen pada awal pencampuran
serbuk. Hal-hal yang mempengaruhi proses milling antara lain adalah bahan
baku, tipe milling, dan variabel proses milling (Septian, 2010).
Metode mechanical milling ini dipilih karena metode ini disamping
memiliki beberapa keunggulan untuk skala komersial, diantaranya metode ini
sangat sederhana, murah dan loss dari produk yang dihasilkan sangat kecil
sehingga sangat efektif untuk kapasitas yang relatif besar, juga merupakan
metode pencampuran yang dapat menghasilkan produk yang sangat homogen.
(Prijo sardjono,2010).
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
3
1.2
Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang sebelumnya, maka penulis merumuskan
beberapa hal yang menjadi masalah dalam penelitian ini. Diantaranya:
1. Bagaimana efek aditif FeMn terhadap karakteristik bahan magnetik
NdFeB dengan Metode Mechanical Alloying?
2. Bagaimana efek waktu milling terhadap karakteristik bahan magnetik
NdFeB dengan aditif FeMn?
3. Bagaimana proses preparasi magnet permanen bonded
berbasis
NdFeB/FeMn dengan metode compression moulding?.
1.3
Batasan Masalah
Untuk mendapatkan suatu hasil penelitian dari permasalahan yang ditentukan,
maka perlu ada pembatasan masalah penelitian. Adapun yang menjadi batasan
masalah dalam penelitian ini yakni :
1. Bahan baku serbuk NdFeB yang digunakan adalah serbuk NdFeB tipe
MQA dan aditif serbuk FeMn.
2. Metode pencampurannya menggunakan HEM dengan medium toluena
dan perbandingan bola dan serbuk 10:1
3. Variasi penambahan FeMn dilakukan dengan komposisi aditif 0,5 : 1 : 3 :
5 : 10 wt %
4. Waktu milling dengan HEM ditetapkan selama 15 menit dan 30 menit
5. Pembuatan
bonded
magnet
NdFeB/FeMn
menggunakan
metode
compression moulding dengan cetakan silinder dengan diameter 2 cm dan
tekanan cetak 310 MPa.
6. Proses curing bonded NdFeB/FeMn dengan suhu 150
0
C selama 2 jam
dalam tekanan udara 10 mbar
7. Karakterisasi sampel yang dilakukan antara lain
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
4
a. Pengujian densitas serbuk magnet NdFeB/FeMn yang digunakan
dengan alat piknometer
b. Pengujian ukuran partikel serbuk magnet NdFeB menggunakan PSA
c. Pengujian struktur serbuk NdFeB/FeMn yang dilakukan dengan XRD
d. Pengujian Bulk Density pelet magnet NdFeB dengan menggunakan
metode Archimedes
e. Pengujian pengamatan mikrostruktur pelet magnet NdFeB/FeMn yang
dilakukan dengan alat SEM
f. Pengujian sifat magnet bonded magnet NdFeB/FeMn yang dilakukan
dengan Gaussmeter dan VSM.
1.4
Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai pada Penelitian ini adalah:
1. Memahami efek aditif FeMn terhadap sifat fisis dan mikrostruktur bahan
magnetik NdFeB.
2. Mengetahui efek variasi waktu milling, dengan metode Wet milling
terhadap sifat fisis dan mikrostruktur bahan magnetik NdFeB/FeMn.
3. Memahami proses preparasi magnet permanen bonded
berbasis
NdFeB/FeMn dengan metode compression moulding.
1.5
Manfaat Penelitian
Manfaat yang dapat diambil dari penelitian ini adalah:
1. Menjadi rujukan bagi penelitian – penelitian selanjutnya.
2. Menguasai teknologi pembuatan magnet permanen bonded berbasis
NdFeB/FeMn.
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
5
1.6
Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Pusat Penelitian Fisika (PPF)
Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Gd. 440 Kawasan
PUSPITEK Serpong, Desa Setu, Kecamatan Setu, Kota Tangerang Selatan,
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.
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
selanjutnya.
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
1.1
Latar Belakang
Perkembangan magnet permanen saat ini sangat difokuskan untuk
magnet permanen energi tinggi. Salah satu bahan magnet permanen yang dapat
menghasilkan energi tinggi tersebut adalah dari jenis Re-Fe-B (Re = Nd, Pr)
yang terbuat dari paduan logam tanah jarang berjenis Neodymium atau
Praseodymium, logam Besi, dan Boron dengan fasa magnet Nd2Fe14B atau
Pr2Fe14B yang memiliki struktur kristal tetragonal dan memiliki induksi
magnet saturasi yang tinggi mencapai 1,6 T atau 16 kG, dengan induksi
remanensi tertinggi saat ini mencapai 1,53 T atau 15,3 kG dalam bentuk
sintered magnet. (C.Kurniawan, 2013).
Magnet permanen merupakan suatu material yang sangat strategis untuk
dikembangkan dimasa depan. Penguasaan teknologi produksi magnet
permanen diharapkan dapat memberikan nilai tambah yang signifikan, dengan
mempertimbangkan belum adanya produsen magnet local untuk memenuhi
kebutuhan magnet permanen dalam negri.Pertumbuhan kebutuhan komponen
magnet permanen sampai saat ini masih sangat bergantung dari produk impor
seperti dari Jepang dan China.Oleh karena itu, diperlukan suatu kegiatan riset
yang intensif untuk mengembangkan sistem produksi magnet permanen dan
mendorong pertumbuhan industry lokal yang memproduksi magnet permanen
untuk keperluan dalam negeri (Sardjono dkk 2012,2013).
Magnet permanen Neodymium-Iron-Boron (NdFeB) selalu menarik
banyak perhatian sejak ditemukan pada 1980-an karena kinerjanya yang sangat
baik. Sehingga teknologi magnet untuk menghasilkan material magnetik
dengan kualitas tinggi sangat ditentukan juga oleh teknologi proses
materialnya. Untuk itu perlu dilakukan penelitian pembuatan magnet ini karena
magnet NdFeB memiliki kelebihan karena memiliki gaya tarik yang sangat
tinggi antara kutubnya dan sangat menguntungkan.
Magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB) adalah magnet yang terbuat
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
2
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).
Dalam aplikasinya magnet NdFeB dapat digunakan dalam berbagai
bidang, seperti pada peralatan elektronik, motor listrik, sensor/tranduser,
industri otomotif, industry Petrokimia, produk peralatan kesehatan, dll.
(Novrita,2006)
Aplikasi magnet permanen NdFeB pada saat ini makin berkembang
dengan dikuasainya teknologi pengolahan serbuk bahan tersebut dalam ukuran
yang sangat kecil atau dalam skala nanometer. (Sardjono dkk 2012,2013).
FeMn (ferromangan) terbuat dari bijih mangan kadar tinggi (lebih dari
40% Mn), yang umumnya dibuat dengan menggunakan tungku electric arc
furnace dan banyak digunakan dalam industri baja dunia seperti produksi
baterai kering, keramik, gelas dan kimia. (Nurjaman dkk., 2015).
Pada penelitian ini akan dilakukan penambahan FeMn (ferromangan) ke
dalam neodymium iron boron sebagai prekursor dengan metode mechanical
alloying. Mechanical alloying merupakan pencampuran serbuk dengan bola
penggilingan (biasanya bola besi/baja). Campuran ini kemudian dimilling
beberapa lama sehingga keadaan tetap dari serbuk tercapai dimana komposisi
serbuk semuanya sama seperti ukuran elemen-elemen pada awal pencampuran
serbuk. Hal-hal yang mempengaruhi proses milling antara lain adalah bahan
baku, tipe milling, dan variabel proses milling (Septian, 2010).
Metode mechanical milling ini dipilih karena metode ini disamping
memiliki beberapa keunggulan untuk skala komersial, diantaranya metode ini
sangat sederhana, murah dan loss dari produk yang dihasilkan sangat kecil
sehingga sangat efektif untuk kapasitas yang relatif besar, juga merupakan
metode pencampuran yang dapat menghasilkan produk yang sangat homogen.
(Prijo sardjono,2010).
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
3
1.2
Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang sebelumnya, maka penulis merumuskan
beberapa hal yang menjadi masalah dalam penelitian ini. Diantaranya:
1. Bagaimana efek aditif FeMn terhadap karakteristik bahan magnetik
NdFeB dengan Metode Mechanical Alloying?
2. Bagaimana efek waktu milling terhadap karakteristik bahan magnetik
NdFeB dengan aditif FeMn?
3. Bagaimana proses preparasi magnet permanen bonded
berbasis
NdFeB/FeMn dengan metode compression moulding?.
1.3
Batasan Masalah
Untuk mendapatkan suatu hasil penelitian dari permasalahan yang ditentukan,
maka perlu ada pembatasan masalah penelitian. Adapun yang menjadi batasan
masalah dalam penelitian ini yakni :
1. Bahan baku serbuk NdFeB yang digunakan adalah serbuk NdFeB tipe
MQA dan aditif serbuk FeMn.
2. Metode pencampurannya menggunakan HEM dengan medium toluena
dan perbandingan bola dan serbuk 10:1
3. Variasi penambahan FeMn dilakukan dengan komposisi aditif 0,5 : 1 : 3 :
5 : 10 wt %
4. Waktu milling dengan HEM ditetapkan selama 15 menit dan 30 menit
5. Pembuatan
bonded
magnet
NdFeB/FeMn
menggunakan
metode
compression moulding dengan cetakan silinder dengan diameter 2 cm dan
tekanan cetak 310 MPa.
6. Proses curing bonded NdFeB/FeMn dengan suhu 150
0
C selama 2 jam
dalam tekanan udara 10 mbar
7. Karakterisasi sampel yang dilakukan antara lain
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
4
a. Pengujian densitas serbuk magnet NdFeB/FeMn yang digunakan
dengan alat piknometer
b. Pengujian ukuran partikel serbuk magnet NdFeB menggunakan PSA
c. Pengujian struktur serbuk NdFeB/FeMn yang dilakukan dengan XRD
d. Pengujian Bulk Density pelet magnet NdFeB dengan menggunakan
metode Archimedes
e. Pengujian pengamatan mikrostruktur pelet magnet NdFeB/FeMn yang
dilakukan dengan alat SEM
f. Pengujian sifat magnet bonded magnet NdFeB/FeMn yang dilakukan
dengan Gaussmeter dan VSM.
1.4
Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai pada Penelitian ini adalah:
1. Memahami efek aditif FeMn terhadap sifat fisis dan mikrostruktur bahan
magnetik NdFeB.
2. Mengetahui efek variasi waktu milling, dengan metode Wet milling
terhadap sifat fisis dan mikrostruktur bahan magnetik NdFeB/FeMn.
3. Memahami proses preparasi magnet permanen bonded
berbasis
NdFeB/FeMn dengan metode compression moulding.
1.5
Manfaat Penelitian
Manfaat yang dapat diambil dari penelitian ini adalah:
1. Menjadi rujukan bagi penelitian – penelitian selanjutnya.
2. Menguasai teknologi pembuatan magnet permanen bonded berbasis
NdFeB/FeMn.
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
5
1.6
Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Pusat Penelitian Fisika (PPF)
Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Gd. 440 Kawasan
PUSPITEK Serpong, Desa Setu, Kecamatan Setu, Kota Tangerang Selatan,
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.
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
selanjutnya.
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara