Pembuatan Magnet Permanen NdFeB FeMn Dengan Metode Mechanical Alloying
PEMBUATAN MAGNET PERMANEN NdFeB/FeMn
DENGAN METODE MECHANICAL ALLOYING
SKRIPSI
ADE STEFANI PURBA
130801089
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN MAGNET PERMANEN NdFeB/FeMn
DENGAN METODE MECHANICAL ALLOYING
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
ADE STEFANI PURBA
130801089
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
: Pembuatan Magnet Permanen NdFeB/FeMn
Dengan Metode Mechanical Alloying
Kategori
: Skripsi
Nama
: Ade Stefani Purba
Nomor Induk Mahasiswa
: 130801089
Program studi
: Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, Juli 2017
Disetujui Oleh:
Pembimbing 1,
Pembimbing 2,
Candra Kurniawan, M.Si
NIP. 19881003201012003
Drs. Aditia Warman, M.Si
NIP. 195705031983031003
Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,
Dr Perdinan Sinuhaji M.S
NIP : 195903101987031002
i
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PEMBUATAN MAGNET PERMANEN NdFeB/FeMn
DENGAN METODE MECHANICAL ALLOYING
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan
dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2017
ADE STEFANI PURBA
130801089
ii
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus, karena berkat dan
pertolongan-Nya, penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini. Skripsi dengan
judul: “Pembuatan Magnet Permanen NdFeB/FeMn Dengan Metode Mechanical
Alloying” disusun sebagai syarat akademis dalam menyelesaikan studi program sarjana
(S1) Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas
Sumatera Utara, Medan.
Penulis menyadari bahwa selama proses penulisan hingga terselesaikannya
penyusunan skripsi ini banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai
pihak. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan
yang sebesar-besarnya kepada kedua orang tua penulis tercinta Ibunda Suryati
Nainggolan, S.Pd dan Ibunda Hermina Hutabarat yang dengan penuh kasih sayang
telah memberikan nasehat, motivasi, doa dan dorongan materi maupun moril
kepada penulis. Juga kepada kakanda tersayang Rina Pandu Winata Purba, AmKeb
, Sihol Marito Purba, dan Abangda Boido Ellonsius Purba, S.P yang terus
menyemangati dan mendoakan penulis hingga terselesainya penulisan skripsi ini.
Terimakasih kepada Bapak Dr. Kerista Sebayang, M.S selaku Dekan Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara, Medan.
Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S selaku ketua Departemen Fisika, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas sumatera Utara, Medan.
Bapak Drs. Aditia Warman, M.Si dan Bapak Candra Kurniawan, M.Si selaku dosen
pembimbing, kepada Pak Pardamean Sebayang, Pak Muljadi , Pak Arief Eko, Ibu
Omi, Ibu Ani, Pak Wahyu, Pak Amat, Pak Lukman, Mas Yunus, Mbak Dita, Mbak
Anisah, dan Mbak Nur serta kepada seluruh staf dan pegawai PPF LIPI yang telah
membantu penulis dalam penggunaan alat laboratorium dan memberikan kenangan
yang tak terlupakan selama penelitian di PPF LIPI.
Terimakasih kepada Bapak Drs. Herli Ginting, MS, dan Ibu Dr. Diana Alemin
Barus, M.Sc selaku dosen penguji yang telah membimbing dan memberikan saran
dan masukan dalam penulisan skrispsi ini. Bapak Junedi Ginting, S.Si, M.Si selaku
dosen penasehat akademik penulis selama perkuliahan.
iii
Universitas Sumatera Utara
Kepada Sahabat “Physics Glory” (Ruth, Mona, Rifandi, Erianto, Zul Imri,
Emmy). Kakanda Nadia Chrisayu Natasha Saragih, S.Si yang telah memberi
bimbingan, semangat dan doa untuk penulis menyiapkan skripsi ini. Sahabat terbaik
(Junita Marpaung, S.E , Nesa Nababan,S.Pd , Gabriella Uli, S.Pd , B.Sc) teman
bimbingan dari SMA yang masih menjalin komunikasi dengan baik dan mendoakan
penulis dan Almas Agustin (UIN Malang) yang telah memberi waktunya kepada
penulis. Zay (Arman) tempat berbagi suka dan duka, yang selalu mendoakan
penulis dan memberi semangat layaknya sahabat, saudara dan juga kekasih.
Tak lupa juga sahabat-sahabat berbagi cerita di Pertanian Universitas Methodist
Indonesia yang mendukung dan memberi semangat , dan juga Abangda Hebron S.
Sidabutar (ex) , Lenny , Januardi ( tempat berbagi cerita selama penulisan skripsi )
Serta semua pihak yang telah membantuku dalam penyelesaian skripsi ini.
Medan, 2017
ADE STEFANI PURBA
130801089
iv
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN MAGNET PERMANEN NdFeB/FeMn
DENGAN METODE MECHANICAL ALLOYING
ABSTRAK
Pembuatan serbuk magnet NdFeB type MQ-A dan FeMn sebagai bahan dasar pembuatan
magnet permanen. Proses pembuatan serbuk bahan magnetik NdFeB dengan serbuk aditif
FeMn. Variasi penambahan FeMn dilakukan dengan komposisi aditif 0,5 : 1 : 3 : 5 : dan 10
wt %. Serbuk NdFeB/FeMn dimilling dengan menggunakan HEM dengan medium toluena
dan perbandingan bola dan serbuk 10:1 gram. Waktu milling dengan HEM ditetapkan dengan
waktu 15 menit dan 30 menit. Pembuatan bonded magnet NdFeB/FeMn menggunakan
kompaksi dengan cetakan silinder dengan diameter 2 cm dan tekanan cetak sebesar 310 Mpa
selama 3 menit. Dengan penambahan 3 wt % epoxy resin dan 2 tetes katalis sebagai bahan
perekat dan pengering. Sampel yang telah dicetak kemudian dicuring dengan under vacuum
dryer dengan suhu 1500C selama 2 jam dengan tekanan 10 mbar. Karakterisasi yang diuji
meliputi sifat fisis density, struktur kristal menggunakan X-Ray Diffractometer dan sifat
magnet menggunakan Gaussmeter dan Vibrating Sample Magnetometer. Pengamatan
mikrostruktur dengan Scanning Electron Microscope. Analisa ukuran partikel serbuk dengan
Particle Analyzer Analysis. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan 5 wt % FeMn
pada serbuk NdFeB yang dimilling 30 menit meningkatkan nilai energi produk (BH-Max).
Nilai BH max=4,11 MGOe, Hc=1,73 kOe, Mr=26,26 emu/g dan Ms=93,11 emu/g. Nilai
fluks magnetik tertinggi 441,4 Gauss diperoleh pada penambahan 5 wt% FeMn dengan
milling 30 menit.
Kata kunci : Aditif FeMn, Magnet NdFeB, Mechanical Alloying, Sifat Fisis, Sifat
Magnet Mikrostruktur, Struktur Kristal, Waktu Milling
v
Universitas Sumatera Utara
PREPARATION MAGNET PERMANENT NdFeB/FeMn
WITH MECHANICAL ALLOYING
ABSTRACT
The manufacture of NdFeB magnetic powder type MQ-A and FeMn as the base material for
making permanent magnets. The process of making NdFeB magnetic material powder with
FeMn additive powder. Variations of FeMn addition were performed with a 0.5: 1: 3: 5: and
10 wt% additive composition. Powdered NdFeB / FeMn using HEM with toluene medium
and 10: 1 gram ratio of powder and powder. The milling time with HEM is set by 15 minutes
and 30 minutes. Preparation of NdFeB / FeMn bonded magnets using compacts with cylinder
molds with a diameter of 2 cm and a print pressure of 310 MPa for 3 minutes. With the
addition of 3 wt% of epoxy resin and 2 drops of catalyst as adhesive and drying agent.
Samples that have been printed then dicuring with under vacuum dryer with temperature
1500C for 2 hours with a pressure of 10 mbar. The tested characteristics include physical
properties of density, crystal structure using X-Ray Diffractometer and magnetic properties
using Gaussmeter and Vibrating Sample Magnetometer. Observation of microstructure with
Scanning Electron Microscope. Analysis of particle size of powder with Particle Analyzer
Analysis. The results showed that the addition of 5 wt% FeMn on NdFeB powder 30 minutes
mined increased the product energy value (BH-Max). Value of BH max = 4.11 MGOe, Hc =
1.73 kOe, Mr = 26.26 emu / g and Ms = 93.11 emu / g. The highest magnetic flux value of
441.4 Gauss was obtained at the addition of 5 wt% FeMn with 30 minutes milling.
Keywords: FeMn Additive, NdFeB Magnet, Mechanical Alloying, Physical Properties,
Microstructural Magnet Properties, Crystal Structure, Milling Time
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
i
ii
iii
v
vi
vii
x
xii
xv
Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar Isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar
Daftar Lampiran
BAB 1.
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
1.2Rumusan Masalah
1.3Batasan Masalah
1.4Tujuan Penelitian
1.5Manfaat Penelitian
1.6Tempat Penelitian
1.7Sistematika Penulisan
BAB 2.
1
3
3
4
4
5
5
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Magnet
2.2 Bahan Magnetik
2.2.1 Bahan Diamagnetik
2.2.2 Bahan Paramagnetik
2.2.3 Bahan Ferromagnetik
2.2.4 Bahan Antiferromagnetik
2.2.5 Bahan Ferrimagnetik
2.3 Klasifikasi Magnetik Material
2.3.1 Material Magnetik Lunak
2.3.2 Meterial Magnetik Keras
2.4 Histeresis Magnet
2.5 Magnet Permanen
2.5.1 Magnet Permanen NdFeB
2.5.2 Struktur Kristal NdFeB
2.6 Magnet NdFeB
2.6.1 Unsur Pemadu Magnet NdFeB
2.7 Ferromangan (FeMn)
2.8 Metalurgi Serbuk
2.9 Pencampuran (Mixing)
2.10 Pencetakan (Kompaksi)
6
7
7
8
8
9
10
10
11
11
12
14
15
16
16
17
21
21
22
22
vii
Universitas Sumatera Utara
2.11
BAB 3.
Karakterisasi Magnet Material
2.11.1 Sifat Fisis
2.11.1.1 Densitas
2.11.2 Mikrostruktur
2.11.2.1 Particle Size Analyzer (PSA)
2.11.2.2 X-Ray Diffraction (XRD)
2.11.2.3 Vibrating Sample Magnetnometer (VSM)
2.11.2.4 Scanning Electron Microstructur (SEM)
2.11.2.5 Energy Dispersive X-ray Spectroscopy
(EDX)
(EDX
2.11.2.6 Prinsip Kerja SEM-EDX
23
23
23
25
25
26
27
28
30
31
METODOLOGI PENELITIAN
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
Tempat dan Waktu Penelitian
3.1.1 Tempat Penelitian
3.1.2 Waktu Penelitian
Alat dan Bahan Penelitian
3.2.1 Alat
3.2.2 Bahan
Diagram Alir Penelitian
Variabel Eksperimen
3.4.1 Variabel Penelitian
3.4.2 Variabel Percobaan
Prosedur Percobaan
3.5.1 Preparasi Sampel
3.5.2 Milling
3.5.3 Wet Milling
Pengujian Sifat Serbuk NdFeB/FeMn
3.6.1 Analisis Densitas Serbuk Magnet NdFeB/FeMn
3.6.2 XRD (X-Ray Difrraction)
3.6.3 VSM
3.6.4 PSA (Particle Size Analyzer)
3.6.5 SEM/EDX Point
3.6.6 Mixing
3.6.7 Magnetisasi
3.6.8 Kompaksi (Compression Moulding)
3.6.9 Pengeringan (Curing)
Pengujian Sifat Magnet Bonded NdFeB/FeMn
3.7.1 Analisis Densitas Pelet (Bulk Density)
3.7.2 Analisis Gaussmeter Pelet (Fluks Magetic)
3.7.3 Analisis Kekerasan Pelet (Hardness Vickers)
3.7.4 Analisis SEM/EDX Point
33
33
33
33
33
35
36
38
38
38
38
38
38
39
40
40
41
41
42
42
43
43
43
43
44
44
45
45
45
viii
Universitas Sumatera Utara
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
4.2
Karakterisasi Hasil Penelitian
Karakterisasi Serbuk NdFeB dengan Aditif FeMn
4.2.1 Pengujian True Density
4.2.2 Particle Size Analyzer (PSA)
4.2.3 Scanning Electron Microstructur (SEM)
4.2.3.1 Pengujian Mikrostruktur Serbuk Magnet
4.2.3.2 Pengujian Komposisi Serbuk Magnet
4.2.4 X-Ray Diffraction (XRD)
4.2.5 Vibrating Sample Magnetnometer (VSM)
4.3 Karakterisasi Magnet Bonded NdFeB dengan Aditif
FeMn
4.3.1 Pengujian Bulk Density
4.3.2 Scanning Electron Microstructur (SEM)
4.3.2.1 Pengujian Mikrostruktur Bonded Magnet
4.3.2.2 Pengujian Komposisi Bonded Magnet
4.3.3 Vibrating Sample Magnetnometer (VSM)
4.3.4 Pengujian Fluks Magnetik (Gaussmeter)
4.3.5 Pengujian Hardness Vickers (Kekerasan)
47
47
47
48
50
50
52
56
57
60
60
62
62
63
65
68
70
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
5.2
Kesimpulan
Saran
72
73
12
DAFTAR PUSTAKA
74
LAMPIRAN
77
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
Tabel
2.1
Perbandingan Karakteristik Magnet Permanen
15
2.2
Komposisi Serbuk NdFeB komersil tipe MQA-37-16
17
2.3
Informasi Dasar Unsur Neodymium
18
2.4
Informasi Dasar Unsur Besi
19
2.5
Informasi Dasar Unsur Boron
20
3.1
Perbandingan Komposisi Massa NdFeB Dengan Aditif
39
FeMn
4.1
Data Pengujian True Density NdFeB/FeMn dengan
46
Milling 15 menit
4.2
Data Pengujian True Density NdFeB/FeMn dengan
47
Milling 30 menit
4.3
Data Pengujian PSA Serbuk NdFeB/FeMn dengan
48
Milling 15 menit
4.4
Data Pengujian Komposisi Unsur EDX Point pada
53
NdFeB+1%FeMn
4.5
Data Pengujian Komposisi Unsur EDX Point pada
54
NdFeB+5%FeMn
4.6
Data Pengujian Komposisi Unsur EDX Point pada
55
NdFeB+10%FeMn
4.7
Perbandingan Weigth % dan Atomic %
56
4.8
Data Pengujian Sifat Magnetik (VSM) Serbuk
58
NdFeB+FeMn Milling 15 menit
4.9
Data Pengujian Sifat Magnetik (VSM) Serbuk
59
NdFeB+FeMn Milling 30 menit
4.10
Data Pengujian Bulk Density dengan Milling 15 menit
60
4.11
Data Pengujian Bulk Density dengan Milling 30 menit
61
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
Tabel
4.12
Data Pengujian Sifat Magnetik (VSM) Pelet
66
NdFeB+FeMn Milling 15 menit
4.13
Data Pengujian Sifat Magnetik (VSM) Pelet
67
NdFeB+FeMn Milling 30 menit
4.14
Data Pengujian Fluks Magnetik (VSM) Pelet
69
NdFeB+FeMn Milling 15 menit
4.15
Data Pengujian Fluks Magnetik (VSM) Pelet
69
NdFeB+FeMn Milling 30 menit
4.16
Data Pengukuran Kekerasan (Hardness Vickers)
71
NdFeB/FeMn
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
Gambar
1
Arah Domain-Domain Dalam Bahan Paramagnetik
8
Sebelum Diberi Medan Magnet Luar
2
Arah Domain-Domain Dalam Bahan Paramagnetik
8
Setelah Diberi Medan Magnet Luar
3
Skema (a) Nikel Paramagnetik dan (b) Nikel
9
Ferromagnetik
4
Arah Domain Dalam Bahan Antiferromagnetik
10
5
Kurva Histerisis Magnet Lunak (Soft Magnetik)
11
6
Kurva Histerisis Magnet Lunak (Hard Magnetik)
12
7
Kurva Magnetisasi (a)Induksi Awal (b)Magnet Lunak
13
(c)Magnet Keras
8
Magnet Permanen NdFeB
15
9
Struktur Kristal NdFeB (a) Sel Satuan Tetragonal
16
Nd2Fe14B (b)Prisma Trigonal Dalam Struktur Nd2Fe14B
10
Struktur Atom Unsur Neodymium
18
11
Struktur Atom Unsur Besi
19
12
Struktur Atom Unsur Boron
20
13
SEM (Scanning Electron Microscope)
30
14
EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)
31
15
Diagram alir
37
16
Grafik Pengujian True Density NdFeB/FeMn dengan
47
Milling 15 menit
17
Grafik Pengujian True Density NdFeB/FeMn dengan
48
Milling 30 menit
18
Grafik Pengukuran PSA NdFeB/FeMn dengan Milling
49
15 menit
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
Gambar
19
Hasil Foto Analisis SE Sampel Serbuk
52
20
Hasil Foto Analisis SEM pada NdFeB+1%FeMn
53
21
Hasil Foto Analisis SEM pada NdFeB+5%FeMn
54
22
Hasil Foto Analisis SEM pada NdFeB+10%FeMn
55
23
Gambar Pola XRD Sampel Serbuk
56
24
Kurva Histerisis Serbuk Magnet NdFeB/FeMn dengan
58
Milling 15 menit
25
Kurva Histerisis Serbuk Magnet NdFeB/FeMn dengan
59
Milling 30 menit
26
Grafik Pengukuran Bulk Density Sampel Pelet
61
NdFeB/FeMn dengan Milling 15 menit
27
Grafik Pengukuran Bulk Density Sampel Pelet
62
NdFeB/FeMn dengan Milling 30 menit
28
Hasil Foto Analisis SE Sampel Pelet NdFeB murni
63
Milling 15 menit
29
Hasil Foto Analisis SE Sampel Pelet NdFeB+3%FeMn
63
dengan Milling 15 menit
31
Hasil EDX Mapping NdFeB Murni dengan Milling 15
65
menit
32
Hasil EDX Mapping NdFeB+3%FeMn dengan Milling
66
15 menit
33
Kurva Histerisis Magnet Bonded NdFeB/FeMn dengan
66
Milling 15 menit
34
Kurva Histerisis Magnet Bonded NdFeB/FeMn dengan
67
Milling 30 menit
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
Gambar
35
Grafik Pengukuran Fluks Magnetik Magnet Bonded
68
NdFeB/FeMn dengan Milling 15 menit
36
Grafik Pengukuran Fluks Magnetik Magnet Bonded
69
NdFeB/FeMn dengan Milling 30 menit
37
Grafik Pengukuran Kekerasan (Hardness Vickers)
70
NdFeB/FeMn
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
Lamp
1
Gambar Peralatan dan Bahan Penelitian
2
Perhitungan True Density
3
Perhitungan Bulk Density
4
Perhitungan Fluks Magnetic
5
6
7
Hasil SEM-EDX Point
Hasil PSA
Hasil XRD Perhitungan Ukuran Kristal
xv
Universitas Sumatera Utara
DENGAN METODE MECHANICAL ALLOYING
SKRIPSI
ADE STEFANI PURBA
130801089
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN MAGNET PERMANEN NdFeB/FeMn
DENGAN METODE MECHANICAL ALLOYING
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
ADE STEFANI PURBA
130801089
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
: Pembuatan Magnet Permanen NdFeB/FeMn
Dengan Metode Mechanical Alloying
Kategori
: Skripsi
Nama
: Ade Stefani Purba
Nomor Induk Mahasiswa
: 130801089
Program studi
: Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, Juli 2017
Disetujui Oleh:
Pembimbing 1,
Pembimbing 2,
Candra Kurniawan, M.Si
NIP. 19881003201012003
Drs. Aditia Warman, M.Si
NIP. 195705031983031003
Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,
Dr Perdinan Sinuhaji M.S
NIP : 195903101987031002
i
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PEMBUATAN MAGNET PERMANEN NdFeB/FeMn
DENGAN METODE MECHANICAL ALLOYING
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan
dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2017
ADE STEFANI PURBA
130801089
ii
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus, karena berkat dan
pertolongan-Nya, penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini. Skripsi dengan
judul: “Pembuatan Magnet Permanen NdFeB/FeMn Dengan Metode Mechanical
Alloying” disusun sebagai syarat akademis dalam menyelesaikan studi program sarjana
(S1) Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas
Sumatera Utara, Medan.
Penulis menyadari bahwa selama proses penulisan hingga terselesaikannya
penyusunan skripsi ini banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai
pihak. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan
yang sebesar-besarnya kepada kedua orang tua penulis tercinta Ibunda Suryati
Nainggolan, S.Pd dan Ibunda Hermina Hutabarat yang dengan penuh kasih sayang
telah memberikan nasehat, motivasi, doa dan dorongan materi maupun moril
kepada penulis. Juga kepada kakanda tersayang Rina Pandu Winata Purba, AmKeb
, Sihol Marito Purba, dan Abangda Boido Ellonsius Purba, S.P yang terus
menyemangati dan mendoakan penulis hingga terselesainya penulisan skripsi ini.
Terimakasih kepada Bapak Dr. Kerista Sebayang, M.S selaku Dekan Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara, Medan.
Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S selaku ketua Departemen Fisika, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas sumatera Utara, Medan.
Bapak Drs. Aditia Warman, M.Si dan Bapak Candra Kurniawan, M.Si selaku dosen
pembimbing, kepada Pak Pardamean Sebayang, Pak Muljadi , Pak Arief Eko, Ibu
Omi, Ibu Ani, Pak Wahyu, Pak Amat, Pak Lukman, Mas Yunus, Mbak Dita, Mbak
Anisah, dan Mbak Nur serta kepada seluruh staf dan pegawai PPF LIPI yang telah
membantu penulis dalam penggunaan alat laboratorium dan memberikan kenangan
yang tak terlupakan selama penelitian di PPF LIPI.
Terimakasih kepada Bapak Drs. Herli Ginting, MS, dan Ibu Dr. Diana Alemin
Barus, M.Sc selaku dosen penguji yang telah membimbing dan memberikan saran
dan masukan dalam penulisan skrispsi ini. Bapak Junedi Ginting, S.Si, M.Si selaku
dosen penasehat akademik penulis selama perkuliahan.
iii
Universitas Sumatera Utara
Kepada Sahabat “Physics Glory” (Ruth, Mona, Rifandi, Erianto, Zul Imri,
Emmy). Kakanda Nadia Chrisayu Natasha Saragih, S.Si yang telah memberi
bimbingan, semangat dan doa untuk penulis menyiapkan skripsi ini. Sahabat terbaik
(Junita Marpaung, S.E , Nesa Nababan,S.Pd , Gabriella Uli, S.Pd , B.Sc) teman
bimbingan dari SMA yang masih menjalin komunikasi dengan baik dan mendoakan
penulis dan Almas Agustin (UIN Malang) yang telah memberi waktunya kepada
penulis. Zay (Arman) tempat berbagi suka dan duka, yang selalu mendoakan
penulis dan memberi semangat layaknya sahabat, saudara dan juga kekasih.
Tak lupa juga sahabat-sahabat berbagi cerita di Pertanian Universitas Methodist
Indonesia yang mendukung dan memberi semangat , dan juga Abangda Hebron S.
Sidabutar (ex) , Lenny , Januardi ( tempat berbagi cerita selama penulisan skripsi )
Serta semua pihak yang telah membantuku dalam penyelesaian skripsi ini.
Medan, 2017
ADE STEFANI PURBA
130801089
iv
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN MAGNET PERMANEN NdFeB/FeMn
DENGAN METODE MECHANICAL ALLOYING
ABSTRAK
Pembuatan serbuk magnet NdFeB type MQ-A dan FeMn sebagai bahan dasar pembuatan
magnet permanen. Proses pembuatan serbuk bahan magnetik NdFeB dengan serbuk aditif
FeMn. Variasi penambahan FeMn dilakukan dengan komposisi aditif 0,5 : 1 : 3 : 5 : dan 10
wt %. Serbuk NdFeB/FeMn dimilling dengan menggunakan HEM dengan medium toluena
dan perbandingan bola dan serbuk 10:1 gram. Waktu milling dengan HEM ditetapkan dengan
waktu 15 menit dan 30 menit. Pembuatan bonded magnet NdFeB/FeMn menggunakan
kompaksi dengan cetakan silinder dengan diameter 2 cm dan tekanan cetak sebesar 310 Mpa
selama 3 menit. Dengan penambahan 3 wt % epoxy resin dan 2 tetes katalis sebagai bahan
perekat dan pengering. Sampel yang telah dicetak kemudian dicuring dengan under vacuum
dryer dengan suhu 1500C selama 2 jam dengan tekanan 10 mbar. Karakterisasi yang diuji
meliputi sifat fisis density, struktur kristal menggunakan X-Ray Diffractometer dan sifat
magnet menggunakan Gaussmeter dan Vibrating Sample Magnetometer. Pengamatan
mikrostruktur dengan Scanning Electron Microscope. Analisa ukuran partikel serbuk dengan
Particle Analyzer Analysis. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan 5 wt % FeMn
pada serbuk NdFeB yang dimilling 30 menit meningkatkan nilai energi produk (BH-Max).
Nilai BH max=4,11 MGOe, Hc=1,73 kOe, Mr=26,26 emu/g dan Ms=93,11 emu/g. Nilai
fluks magnetik tertinggi 441,4 Gauss diperoleh pada penambahan 5 wt% FeMn dengan
milling 30 menit.
Kata kunci : Aditif FeMn, Magnet NdFeB, Mechanical Alloying, Sifat Fisis, Sifat
Magnet Mikrostruktur, Struktur Kristal, Waktu Milling
v
Universitas Sumatera Utara
PREPARATION MAGNET PERMANENT NdFeB/FeMn
WITH MECHANICAL ALLOYING
ABSTRACT
The manufacture of NdFeB magnetic powder type MQ-A and FeMn as the base material for
making permanent magnets. The process of making NdFeB magnetic material powder with
FeMn additive powder. Variations of FeMn addition were performed with a 0.5: 1: 3: 5: and
10 wt% additive composition. Powdered NdFeB / FeMn using HEM with toluene medium
and 10: 1 gram ratio of powder and powder. The milling time with HEM is set by 15 minutes
and 30 minutes. Preparation of NdFeB / FeMn bonded magnets using compacts with cylinder
molds with a diameter of 2 cm and a print pressure of 310 MPa for 3 minutes. With the
addition of 3 wt% of epoxy resin and 2 drops of catalyst as adhesive and drying agent.
Samples that have been printed then dicuring with under vacuum dryer with temperature
1500C for 2 hours with a pressure of 10 mbar. The tested characteristics include physical
properties of density, crystal structure using X-Ray Diffractometer and magnetic properties
using Gaussmeter and Vibrating Sample Magnetometer. Observation of microstructure with
Scanning Electron Microscope. Analysis of particle size of powder with Particle Analyzer
Analysis. The results showed that the addition of 5 wt% FeMn on NdFeB powder 30 minutes
mined increased the product energy value (BH-Max). Value of BH max = 4.11 MGOe, Hc =
1.73 kOe, Mr = 26.26 emu / g and Ms = 93.11 emu / g. The highest magnetic flux value of
441.4 Gauss was obtained at the addition of 5 wt% FeMn with 30 minutes milling.
Keywords: FeMn Additive, NdFeB Magnet, Mechanical Alloying, Physical Properties,
Microstructural Magnet Properties, Crystal Structure, Milling Time
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
i
ii
iii
v
vi
vii
x
xii
xv
Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar Isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar
Daftar Lampiran
BAB 1.
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
1.2Rumusan Masalah
1.3Batasan Masalah
1.4Tujuan Penelitian
1.5Manfaat Penelitian
1.6Tempat Penelitian
1.7Sistematika Penulisan
BAB 2.
1
3
3
4
4
5
5
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Magnet
2.2 Bahan Magnetik
2.2.1 Bahan Diamagnetik
2.2.2 Bahan Paramagnetik
2.2.3 Bahan Ferromagnetik
2.2.4 Bahan Antiferromagnetik
2.2.5 Bahan Ferrimagnetik
2.3 Klasifikasi Magnetik Material
2.3.1 Material Magnetik Lunak
2.3.2 Meterial Magnetik Keras
2.4 Histeresis Magnet
2.5 Magnet Permanen
2.5.1 Magnet Permanen NdFeB
2.5.2 Struktur Kristal NdFeB
2.6 Magnet NdFeB
2.6.1 Unsur Pemadu Magnet NdFeB
2.7 Ferromangan (FeMn)
2.8 Metalurgi Serbuk
2.9 Pencampuran (Mixing)
2.10 Pencetakan (Kompaksi)
6
7
7
8
8
9
10
10
11
11
12
14
15
16
16
17
21
21
22
22
vii
Universitas Sumatera Utara
2.11
BAB 3.
Karakterisasi Magnet Material
2.11.1 Sifat Fisis
2.11.1.1 Densitas
2.11.2 Mikrostruktur
2.11.2.1 Particle Size Analyzer (PSA)
2.11.2.2 X-Ray Diffraction (XRD)
2.11.2.3 Vibrating Sample Magnetnometer (VSM)
2.11.2.4 Scanning Electron Microstructur (SEM)
2.11.2.5 Energy Dispersive X-ray Spectroscopy
(EDX)
(EDX
2.11.2.6 Prinsip Kerja SEM-EDX
23
23
23
25
25
26
27
28
30
31
METODOLOGI PENELITIAN
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
Tempat dan Waktu Penelitian
3.1.1 Tempat Penelitian
3.1.2 Waktu Penelitian
Alat dan Bahan Penelitian
3.2.1 Alat
3.2.2 Bahan
Diagram Alir Penelitian
Variabel Eksperimen
3.4.1 Variabel Penelitian
3.4.2 Variabel Percobaan
Prosedur Percobaan
3.5.1 Preparasi Sampel
3.5.2 Milling
3.5.3 Wet Milling
Pengujian Sifat Serbuk NdFeB/FeMn
3.6.1 Analisis Densitas Serbuk Magnet NdFeB/FeMn
3.6.2 XRD (X-Ray Difrraction)
3.6.3 VSM
3.6.4 PSA (Particle Size Analyzer)
3.6.5 SEM/EDX Point
3.6.6 Mixing
3.6.7 Magnetisasi
3.6.8 Kompaksi (Compression Moulding)
3.6.9 Pengeringan (Curing)
Pengujian Sifat Magnet Bonded NdFeB/FeMn
3.7.1 Analisis Densitas Pelet (Bulk Density)
3.7.2 Analisis Gaussmeter Pelet (Fluks Magetic)
3.7.3 Analisis Kekerasan Pelet (Hardness Vickers)
3.7.4 Analisis SEM/EDX Point
33
33
33
33
33
35
36
38
38
38
38
38
38
39
40
40
41
41
42
42
43
43
43
43
44
44
45
45
45
viii
Universitas Sumatera Utara
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
4.2
Karakterisasi Hasil Penelitian
Karakterisasi Serbuk NdFeB dengan Aditif FeMn
4.2.1 Pengujian True Density
4.2.2 Particle Size Analyzer (PSA)
4.2.3 Scanning Electron Microstructur (SEM)
4.2.3.1 Pengujian Mikrostruktur Serbuk Magnet
4.2.3.2 Pengujian Komposisi Serbuk Magnet
4.2.4 X-Ray Diffraction (XRD)
4.2.5 Vibrating Sample Magnetnometer (VSM)
4.3 Karakterisasi Magnet Bonded NdFeB dengan Aditif
FeMn
4.3.1 Pengujian Bulk Density
4.3.2 Scanning Electron Microstructur (SEM)
4.3.2.1 Pengujian Mikrostruktur Bonded Magnet
4.3.2.2 Pengujian Komposisi Bonded Magnet
4.3.3 Vibrating Sample Magnetnometer (VSM)
4.3.4 Pengujian Fluks Magnetik (Gaussmeter)
4.3.5 Pengujian Hardness Vickers (Kekerasan)
47
47
47
48
50
50
52
56
57
60
60
62
62
63
65
68
70
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
5.2
Kesimpulan
Saran
72
73
12
DAFTAR PUSTAKA
74
LAMPIRAN
77
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
Tabel
2.1
Perbandingan Karakteristik Magnet Permanen
15
2.2
Komposisi Serbuk NdFeB komersil tipe MQA-37-16
17
2.3
Informasi Dasar Unsur Neodymium
18
2.4
Informasi Dasar Unsur Besi
19
2.5
Informasi Dasar Unsur Boron
20
3.1
Perbandingan Komposisi Massa NdFeB Dengan Aditif
39
FeMn
4.1
Data Pengujian True Density NdFeB/FeMn dengan
46
Milling 15 menit
4.2
Data Pengujian True Density NdFeB/FeMn dengan
47
Milling 30 menit
4.3
Data Pengujian PSA Serbuk NdFeB/FeMn dengan
48
Milling 15 menit
4.4
Data Pengujian Komposisi Unsur EDX Point pada
53
NdFeB+1%FeMn
4.5
Data Pengujian Komposisi Unsur EDX Point pada
54
NdFeB+5%FeMn
4.6
Data Pengujian Komposisi Unsur EDX Point pada
55
NdFeB+10%FeMn
4.7
Perbandingan Weigth % dan Atomic %
56
4.8
Data Pengujian Sifat Magnetik (VSM) Serbuk
58
NdFeB+FeMn Milling 15 menit
4.9
Data Pengujian Sifat Magnetik (VSM) Serbuk
59
NdFeB+FeMn Milling 30 menit
4.10
Data Pengujian Bulk Density dengan Milling 15 menit
60
4.11
Data Pengujian Bulk Density dengan Milling 30 menit
61
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
Tabel
4.12
Data Pengujian Sifat Magnetik (VSM) Pelet
66
NdFeB+FeMn Milling 15 menit
4.13
Data Pengujian Sifat Magnetik (VSM) Pelet
67
NdFeB+FeMn Milling 30 menit
4.14
Data Pengujian Fluks Magnetik (VSM) Pelet
69
NdFeB+FeMn Milling 15 menit
4.15
Data Pengujian Fluks Magnetik (VSM) Pelet
69
NdFeB+FeMn Milling 30 menit
4.16
Data Pengukuran Kekerasan (Hardness Vickers)
71
NdFeB/FeMn
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
Gambar
1
Arah Domain-Domain Dalam Bahan Paramagnetik
8
Sebelum Diberi Medan Magnet Luar
2
Arah Domain-Domain Dalam Bahan Paramagnetik
8
Setelah Diberi Medan Magnet Luar
3
Skema (a) Nikel Paramagnetik dan (b) Nikel
9
Ferromagnetik
4
Arah Domain Dalam Bahan Antiferromagnetik
10
5
Kurva Histerisis Magnet Lunak (Soft Magnetik)
11
6
Kurva Histerisis Magnet Lunak (Hard Magnetik)
12
7
Kurva Magnetisasi (a)Induksi Awal (b)Magnet Lunak
13
(c)Magnet Keras
8
Magnet Permanen NdFeB
15
9
Struktur Kristal NdFeB (a) Sel Satuan Tetragonal
16
Nd2Fe14B (b)Prisma Trigonal Dalam Struktur Nd2Fe14B
10
Struktur Atom Unsur Neodymium
18
11
Struktur Atom Unsur Besi
19
12
Struktur Atom Unsur Boron
20
13
SEM (Scanning Electron Microscope)
30
14
EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)
31
15
Diagram alir
37
16
Grafik Pengujian True Density NdFeB/FeMn dengan
47
Milling 15 menit
17
Grafik Pengujian True Density NdFeB/FeMn dengan
48
Milling 30 menit
18
Grafik Pengukuran PSA NdFeB/FeMn dengan Milling
49
15 menit
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
Gambar
19
Hasil Foto Analisis SE Sampel Serbuk
52
20
Hasil Foto Analisis SEM pada NdFeB+1%FeMn
53
21
Hasil Foto Analisis SEM pada NdFeB+5%FeMn
54
22
Hasil Foto Analisis SEM pada NdFeB+10%FeMn
55
23
Gambar Pola XRD Sampel Serbuk
56
24
Kurva Histerisis Serbuk Magnet NdFeB/FeMn dengan
58
Milling 15 menit
25
Kurva Histerisis Serbuk Magnet NdFeB/FeMn dengan
59
Milling 30 menit
26
Grafik Pengukuran Bulk Density Sampel Pelet
61
NdFeB/FeMn dengan Milling 15 menit
27
Grafik Pengukuran Bulk Density Sampel Pelet
62
NdFeB/FeMn dengan Milling 30 menit
28
Hasil Foto Analisis SE Sampel Pelet NdFeB murni
63
Milling 15 menit
29
Hasil Foto Analisis SE Sampel Pelet NdFeB+3%FeMn
63
dengan Milling 15 menit
31
Hasil EDX Mapping NdFeB Murni dengan Milling 15
65
menit
32
Hasil EDX Mapping NdFeB+3%FeMn dengan Milling
66
15 menit
33
Kurva Histerisis Magnet Bonded NdFeB/FeMn dengan
66
Milling 15 menit
34
Kurva Histerisis Magnet Bonded NdFeB/FeMn dengan
67
Milling 30 menit
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
Gambar
35
Grafik Pengukuran Fluks Magnetik Magnet Bonded
68
NdFeB/FeMn dengan Milling 15 menit
36
Grafik Pengukuran Fluks Magnetik Magnet Bonded
69
NdFeB/FeMn dengan Milling 30 menit
37
Grafik Pengukuran Kekerasan (Hardness Vickers)
70
NdFeB/FeMn
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
Lamp
1
Gambar Peralatan dan Bahan Penelitian
2
Perhitungan True Density
3
Perhitungan Bulk Density
4
Perhitungan Fluks Magnetic
5
6
7
Hasil SEM-EDX Point
Hasil PSA
Hasil XRD Perhitungan Ukuran Kristal
xv
Universitas Sumatera Utara