material BaFe
12
O
19
memiliki sifat kemagnetan dengan tingkat kestabilan tinggi
terhadap pengaruh medan magnet luar pada suhu diatas 300
o
C. Sehingga sangat cocok dipergunakan dalam peralatan teknologi pada jangkauan yang cukup luas
[Afza, 2011].
2.8 FeMn Ferromangan
Mangan merupakan unsur dasar dalam paduan baja mangan struktural dan austenitic [
Šalak, A., et al. 2001]. Sebagai paduan, mangan dapat meningkatkan kekuatan, ketangguhan, pengerasan, kemampuan kerja dan abrasi resistensi dari
produk besi, khususnya baja. Sekitar 90 - 95 dari keseluruhan jumlah mangan yang diproduksi di dunia digunakan dalam produksi besi dan baja dalam bentuk
paduan seperti ferromangan dan siliconmangan [ Çardakli, İ. S. 2010].
Ferromangan dibedakan atas kandungan karbon yaitu high carbon
ferromanganese maks. 7 C, medium carbon ferromanganese maks. 1-1,5 C, dan low carbon ferromanganese maks. 0, 5 C. Ferromangan pada industri
merupakan paduan multikomponen dengan melting temperature 1200-1250
o
C [Selecka, 2009]. Pada penelitian ini FeMn yang digunakan adalah FeMn HC high
carbon. FeMn jenis ini pada umumnya dibuat dengan menggunakan blast furnace [Mardias, J. 2016].
2.9 Metalurgi serbuk
Metalurgi serbuk adalah metode yang dikembangkan dari proses manufaktur yang dapat mencapai bentuk komponen akhir dengan mencampurkan serbuk secara
bersamaan dan dikompaksi dalam cetakan, dan selanjutnya disinter di dalam furnace tungku pemanas di bawah temperatur titik lebur.
Dua alasan mengapa sampel dalam bentuk serbuk: 1
Penghematan biaya dibandingkan dengan proses alternatif lainnya 2
Diperoleh sifat-sifat yang unik [Whittaker, 2008]. Langkah-langkah dasar pada proses metalurgi adalah:
1. Preparasi serbuk
2. Pencampuran mixing
3. Penekanan kompaksi
Universitas Sumatera Utara
4. Pemanasan sintering
5. Finishing
2.9.1 Pencampuran mixing
Ada 2 macam pencampuran, yaitu : 1.
Pencampuran basah wet mixing Wet milling merupakan proses pencampuran dimana serbuk matrik dan filler
dicampur terlebih dahulu dengan pelarut polar. Metode ini dipakai apabila material yang digunakan mudah mengalami oksidasi. Tujuan pemberian pelarut
polar adalah untuk mempermudah proses pencampuran material yang digunakan dan untuk melapisi permukaan material supaya tidak berhubungan dengan udara
luar sehingga mencegah terjadinya oksidasi pada material yang digunakan. 2.
Pencampuran kering dry milling Dry milling merupakan pencampuran yang dilakukan tanpa menggunakan pelarut
untuk membantu melarutkan dan dilakukan di udara luar. Metode ini dipakai apabila material yang digunakan tidak mudah
mengalami oksidasi. Faktor penentu kehomogenan distribusi partikel antara lain: 1.
Kecepatan pencampuran 2.
Lamanya waktu pencampuran 3.
Ukuran partikel 4.
Jenis material 5.
Temperatur 6.
Media pencampuran Semakin
besar kecepatan
pencampuran, semakin
lama waktu
pencampuran, dan semakin kecil ukuran partikel yang dicampur, maka distribusi partikel semakin homogen. Kehomogenan campuran sangat berpengaruh pada
proses penekanan kompaksi, karena gaya tekan yang diberikan pada saat kompaksi akan terdistribusi secara merata sehingga ikatan partikel semakin baik.
2.9.2 Pencetakan kompaksi
Kompaksi merupakan proses pemadatan serbuk menjadi sampel dengan bentuk tertentu sesuai dengan cetakannya.
Ada 2 macam metode kompaksi, yaitu:
Universitas Sumatera Utara
1. Cold compressing, yaitu penekanan dengan temperatur kamar. Metode ini
dipakai apabila bahan yang digunakan mudah teroksidasi, seperti Al. 2.
Hot compressing, yaitu penekanan dengan temperatur diatas temperatur kamar, metode ini dipakai apabila material yang digunakan tidak mudah
teroksidasi. Pada proses kompaksi, gaya gesek ruang terjadi antar partikel yang
digunakan dan antar partikel komposit dengan dinding cetakan akan mengakibatkan kerapatan pada daerah tepi dan bagian tengan tidak merata. Untuk
menghindari terjadinya perbedaan kerapatan, maka pada saat kompaksi digunakan lubricantpelumas yang bertujuan untuk mengurangi gesekan antara partikel dan
dinding cetakan. Dalam penggunaan lubricantpelumas, dipilih bahan pelumas yang tidak reaktif terhadap campuran serbuk dan yang memiliki titik leleh rendah
sehingga pada proses sintering tingkat awal lubricant dapat menguap.Terkait dengan pemberian lubricant pada proses kompaksi, maka terdapat 2 metode
kompaksi, yaitu : 1.
Die-wall compressing : penekanan dengan memberikan lubricant pada dinding cetakan.
2. Internal lubricant compressing : penekanan dengan mencampurkan
lubricant pada material yang akan ditekan. [Ningsih, 2015].
2.9.3 Sintering
Pemanasan sampai temperatur tinggi disebut sinter. Pada proses sinter, benda padat terjadi karena terbentuk ikatan-ikatan. Panas menyebabkan bersatunya
partikel dan efektivitas reaksi tegangan permukaan meningkat. Dengan perkataan lain, proses sinter menyebabkan bersatunya partikel sedemikian rupa sehingga
kepadatan bertambah. Selama proses ini terbentuklah batas-batas butir, yang merupakan tahap rekristalisasi. Disamping itu gas yang ada menguap. Temperatur
sinter umumnya berada pada 0.7-0.9 dari temperatur cair serbuk utama. Waktu pemanasan berbeda untuk jenis logam berlainan dan tidak diperoleh manfaat
tambahan dengan diperpanjangnya waktu pemanasan [Listiawati dkk, 2012]. Berdasarkan pola ikatan yang terjadi pada proses kompaksi, ada 2 fenomena
yang mungkin terjadi pada saat sintering, yaitu:
Universitas Sumatera Utara
1. Penyusutan shrinkage
Apabila pada saat kompaksi terbentuk pola ikatan bola-bidang maka pada proses sintering berlangsung gas lubricant yang berada pada porositas mengalami
degassing proses keluarnya gas pada saat sintering. Dan apabila temperatur sinter terus dinaikkan akan terjadi difusi permukaan antar partikel matrik dan filler
yang akhirnya akan terbentuk liquid bridgenecking mempunyai fasa campuran antara matrik dan filler. Liquid bridge ini akan menutupi porositas sehingga
terjadi eliminasi porositasberkurangnya jumlah dan ukuran porositas. Penyusutan dominan bila pemadatan belum mencapai kejenuhan.
2. Retak cracking
Apabila pada kompaksi terbentuk pola ikatan antar partikel berupa bidang, sehingga menyebabkan adanya trapping gas gaslubricant terjebak di dalam
material, maka pada saat sintering gas yang terjebak belum sempat keluar tetapi liquid bridge telah terjadi, sehingga jalur porositasnya telah tertutup rapat. Gas
yang terjebak ini akan mendesak mendesak ke segala arah sehingga terjadi bloating mengembang, sehingga tekanan di porositas lebih tinggi dibanding
tekanan di luar. Bila kualitas ikatan permukaan partikel pada bahan komposit tersebut rendah, maka tidak akan mampu menahan tekanan yang lebih besar
sehingga menyebabkan retakan cracking. Keretakan juga dapat diakibatkan dari proses pemadatan yang kurang sempurna, adanya shock termal pada saat
pemanasan karena pemuaian dari matrik dan filler yang berbeda. Proses sintering meliputi 3 tahap mekanisme pemanasan, yaitu:
2.9.3.1 Presintering
Presintering merupakan proses pemanasan yang bertujuan untuk: 1. Mengurangi residual stress akibat proses kompaksi.
2. Pengeluaran gas dari atmosfer atau pelumas padat yang terjebak dalam porositas bahan komposit degassing.
3. Menghindari perubahan temperatur yang teralu cepat pada saat proses sintering shock sintering.
2.9.3.2 Difusi Permukaan
Pada proses pemanasan untuk terjadinya tranportasi massa pada permukaan antar partikel serbuk yang saling berinteraksi, dilakukan pada temperatur
Universitas Sumatera Utara
sintering 23 Tm. Atom-atom pada permukaan partikel serbuk saling berdifusi antar permukaan sehingga meningkatkan gaya kohesifitas antar
partikel.
2.9.3.3 Eliminasi Porositas
Tujuan akhir dari proses sintering pada bahan komposit berbasis metalurgi serbuk adalah bahan yang mempunyai kompaktibilitas tinggi. Hal tersebut
terjadi akibat adanya difusi antar permukaan partikel serbuk, sehingga menyebabkan terjadinya leher liquid bridge antar partikel dan proses akhir
dari pemanasan sintering menyebabkan eliminasi porositas terbentuknya sinter density.
2.10 Efek sintering terhadap sampel
Efek suhu sintering terhadap sifat bahan porositas, densitas, tahanan listrik, kekuatan mekanik, dan ukuran butir selama proses pemadatan serbuk
ditunjukkan pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Pengaruh suhu sintering pada 1 Porositas, 2 Densitas, 3 Tahanan listrik, 4 Kekuatan, dan 5 Ukuran butir
Dari gambar 2.7 dapat diketahui bahwa proses sintering yang dimulai dari suhu T
1
dapat meningkatkan tahanan listrik dan nilai porositas menurun dengan kenaikan suhu sintering, sedangkan densitas, kekuatan dan ukuran butir
bertambah besar secara eksponensial seiring dengan kenaikan suhu sintering [Silitonga, 2016]. Untuk menyempurnakan proses sinter, waktu penahanan harus
Universitas Sumatera Utara
dicukupkan sesuai dengan kebutuhan material. Semakin tinggi suhu penahanan, akan meningkatkan kecepatan proses sinter. Namun demikian, suhu penahanan
yang tinggi akan mempersulit kontrol struktur material magnet, memungkinkan munculnya residual stress karena sinter yang tidak merata yang pada akhirnya
dapat merusak produk akhir [Wismogroho, 2014].
2.11 Karakterisasi Material Magnet