Pembuatan Dan Karakterisasi Magnet Permanen Barium Heksaferit Untuk Aplikasi Sensor Meteran Air

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI MAGNET PERMANEN BARIUM HEKSAFERIT UNTUK APLIKASI SENSOR METERAN AIR SKRIPSI KHARISMAYANTI 090801056 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI MAGNET PERMANEN BARIUM HEKSAFERIT UNTUK APLIKASI SENSOR METERAN AIR SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

KHARISMAYANTI 090801056 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013 PERNYATAAN

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI MAGNET PERMANEN BARIUM

HEKSAFERIT UNTUK APLIKASI SENSOR METERAN AIR

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Agustus 2013 KHARISMAYANTI 090801056

PENGHARGAAN

Alhamdulillah, Puji syukur kepada Allah SWT yang Maha Pengasih dan Penyayang yang telah memberikan keimanan, kehidupan, kenikmatan dan kesempatan kepada saya, dengan keridhaan-Nya-lah sehingga saya dapat menyelesaikan skripsi penelitian ini.

Terkhusus kepada Ibunda tercinta Siti Ratnah Munthe dan Ayahanda tersayang Abdul Yaman Ritonga, ananda mohon maaf atas kealfaan sebagai anak yang soleha dan berbakti, terima kasih atas segala do’a, keringat, dan air mata yang telah tercurah kepada ananda yang takkan pernah sanggup untuk membalasnya dengan seimbang.

Teruntuk Kakak Abang tercinta dan tersayang, Zuriani Ritonga, S.E, M.M. Siti Kholijah, S.E. Radius Al Rasyid, Amd. Irvan Arya, S.H. Putri Rahmadhani. Rahmi Nazmi, S.E. Fitri Anggun Sari, S.P. Terima kasih at as segala do’a, semangat dan dukungannya, juga pelajaran yang dapat diambil dari pengalaman hidup Kakak dan Abang, sebagai referensi hidup.

Berkat usaha dan do’a selama ini skripsi penelitian telah terselesaikan dengan judul “Pembuatan dan Karakterisasi Magnet Permanen Barium Heksaferit Untuk Sensor Meteran Air”.

Saya mengucapkan maaf dan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah banyak membantu dan mendukung selama proses penelitian yang sangat berharga dalam menyelesaikan skripsi ini semoga Allah Yang Maha Esa akan membalasnya, yaitu :

1. Bapak Prof. Perdamaian Sebayang selaku dosen pembimbing lapangan di PPF LIPI yang telah bersedia membantu membimbing, memberi semangat, inspirasi dan menjadi Orang Tua selama penelitian berlangsung.

2. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu dan pikirannya untuk membimbing dan membantu saya.

3. Bapak Ing. Priyo Sardjono selaku dosen pembimbing dua di PPF LIPI.

4. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua departeman Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengatahuan Alam Universitas Sumatra Utara.

5. Seluruh staf dosen departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

6. Seluruh staf peneliti dan pembantu peneliti Rekayasa Material PPF LIPI Serpong, Pak Muljadi, Mas Anggito, Mba’ Ayu, Mas Candra, Mas Lukman, Mas Deni, Pak Faqih, Pak Boy, Pak Amat.

7. Sahabat-sahabatku seperjuangan yang terkasih dan tersayang Fika Khairani, Amd, Cindy Al Kindi, Sally Irvina Ritonga, Fitri Hidayati Sinaga, Seri Dermayu Siregar, Desy Hervina Sari, Hilda Ayu Marlina, Titin Hartini, Tian Havwini, yang selalu mendo’akan dikala jauh maupun dekat, yang selalu membantu memberikan semangat dan motivasi, yang terikat oleh ukhuwah yang indah ini.

8. Teman – teman sesama peneliti Hayati, Arsih, Teddy, Bang Nana, Bu Yuni, yang sangat banyak membantu dan memberi motivasi kepada saya.

9. Ibu Neneng sebagai ibu kos, kak Lina, Bang Hikmah dan kak Putik yang sangat banyak berkontribusi selama di perantauan.

10. Seluruh keluarga besar UKMI Al- FALAK FMIPA USU.

11. Seluruh keluarga besar Laboratorium Ilmu Dasar (LIDA) Fisika Universitas Sumatera Utara (USU). Kesempurnaan hanya milik Allah SWT, Kekurangan dan kesalahan miliki manusia dan produknya. Untuk menjadikan karya tulis ini semakin baik sangat diharapkan kritik dan saran yang membangun.

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI MAGNET PERMANEN BARIUM

HEKSAFERIT UNTUK APLIKASI SENSOR METERAN AIR

ABSTRAK Telah dilakukan pembuatan magnet permanen Barium Heksaferit dari bahan baku BaCO dan Fe O teknis dengan memvariasikan komposisi bahan baku BaCO

dan Fe O secara Stoikiometri (1:6) dan Non-Stoikiometri (1:6,5). Proses

preparasi dengan mencampur secara basah bahan baku menggunakan Plenatery

Ball Milling (PBM) lalu dilakukan pengujian Differential Temperature Analyze

(DTA) untuk mengetahui temperatur kalsinasinya. Kemudian serbuk dikalsinasi pada suhu 1000 C dan ditahan selama 2 jam. Selanjutnya dianalisa dengan menggunakan X-Ray Diffractometer (XRD) dan hasilnya menunjukkan telah terbentuk struktur BaO.6Fe

2 O

3 . Serbuk BaO.6Fe

2 O 3 digiling menggunakan

mortar lalu diayak hingga lolos 400 mesh (38 µ m). Pada pencetakan ditambahkan

seluna sebanyak 3% (%wt) sebagai perekat dan aditif Boric Acid (H

3 BO 3 ) sebanyak 0%, 0,5%, 1% (%wt). Pencetakan dilakukan secara anisotropi dengan menggunakan magnetic field press dan diberi tekanan sebesar 5 ton. Kemudian disintering dengan variasi temperatur 1120

C, 1150 C dan 1170

C, dan ditahan selama 2 jam. Karakterisasi meliputi : analisa XRD, pengukuran fluks density dengan gaussmeter, pengukuran densitas, porositas, susut bakar, morfologi BaO.6Fe O dengan SEM-EDX dan pengukuran BH curve dengan permagraf .

3 Dari hasil penelitian bahwa magnet Barium Heksaferit yang memiliki kuat medan

magnet tertinggi adalah magnet yang dibuat dengan perbandingan non stoikiometri tanpa penambahan aditif Boric Acid pada temperatur 1170 C , yaitu

3 sebesar 544,2 Gauss dengan nilai Densitas = 4,0 g/cm , Porositas = 4,06%, Susut

Bakar = 21,37%, Remanensi (Br) = 1,72 kG, Koersivitas (HcJ) = 2,41 kOe, Energi produk (BH max) = 0,63 MGOe.

Kata kunci : Magnet permanen, BaO.6Fe

2 O 3, Meteran Air, SEM

– EDX, BHcurve.

MANUFACTURING AND CHARACTERISATION HARD MAGNET OF BARIUM HEKSAFERIT FOR FLOW METER

ABSTRACT We have made hard magnetic Barium Heksaferit from BaCO 3 and Fe

2 O 3 technical

with varying composition of BaCO and Fe O in Stoichiometric ratio (1:6) and

3 Non Stoichiometric ratio (1:6,5). Preparation process by wet mixing and grinding

by using Plenatery Ball Milling (PBM) and dried, The testing of Analyze

Temperature Differential (DTA) to determine the calcination temperature. The powder then calcined at 1000 C and held for 2 hours. Subsequently analyzed using X-Ray Diffractometer (XRD) and the results indicate that the structure has been formed BaO.6Fe O . Then do BaO.6Fe O milling powder using a mortar

3 and sieved to pass 400 mesh (38μm). On printing Seluna added 3% (wt%) as adhesives and additives Boric Acid (H

3 BO 3 ) of 0%, 0.5%, 1% (wt%). Printing is done using a magnetic anisotropy field press and pressurized at 5 tons. Then sintered with temperature variation 1120

C, 1150 C and 1170

C, and held for 2 hours. Characterization includes: XRD analysis, flux density measurements with a gaussmeter, measure the density, porosity, shrinkage, BaO.6Fe

2 O 3 morphology with SEM-EDX and measurement BH curve with permagraf. From the research that has a magnetic Barium Heksaferit the highest magnetic field strength magnets are made with Non-Stoichiometric ratio without Boric Acid additives and sintered

3 at 1170

C, is 544.2 Gauss, density = 4.0 g/cm , porosity = 4 , 06%, shrinkage = 21.37%, Remanensi (Br) = 1.72 kG, Coercivity (HcJ) = 2.41 kOe, Energy product (BH max) = 0.63 MGOe.

Key Word : Hard Megnetic, BaO.6Fe

2 O 3 , Flow meter, SEM-EDX, BH curve.

DAFTAR ISI

Halaman Persetujuan i

Pernyataan ii

Penghargaan iii

Abstrak v

Abstract vi

Daftar Isi vii

Daftar Tabel ix

Daftar Gambar x

Bab 1 Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

1.2 Perumusan Masalah

1.3 Tujuan Penelitian

1.4 Batasan Masalah

1.5 Manfaat Penelitian

1.6 Sistematika Penulisan

4 Bab 2 Tinjauan Pustaka

2.1 Meteran Air

2.2 Magnet Permanen

2.3 Perkembangan Magnet Permanen

7 2.4 Kurva Histerisis .

2.5 Barium Heksaferit

2.6 Metode Metalurgi Serbuk

2.7 Sintering

2.8 Analisa dan Karakterisasi

2.8.1 Densitas

2.8.2 Porositas

2.8.3 Pengujian DTA

2.8.4 Pengujian XRD

18 Bab 3 Metode Penelitian

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

3.2 Bahan dan Peralatan Penelitian

3.2.1

20 Bahan

3.2.2

21 Peralatan Penelitian

3.3 Tahapan Penelitian

3.3.1 Pencampuran Bahan Baku

3.3.2 Proses Pengeringan

3.3.3 Proses Kalsinasi

3.3.4 Pembuatan Sampel Uji

3.3.5 Proses Sintering

4.3.1 Densitas, Porositas dan Susut Bakar

4.1 Uji DTA

4.2 Karakterisasi Struktur

4.3 Sifat Fisis

3.5.6 Scanning Electron Microscope (SEM)

4.3.2 Analisa Mikrostruktur dengan SEM

4.4 Sifat Magnet

40 Bab 5 Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan

5.2 Saran

29 Bab 4 Hasil dan Pembahasan

3.4 Variabel Eksperimen

3.4.1 Variabel Penelitian

3.4.2 Variabel Percobaan yang Diuji

3.5 Karakterisasi

3.5.1 Densitas

3.5.5 Struktur Kristal

3.5.2 Porositas

3.5.3 Susut Bakar

3.5.4 Sifat Magnet

46 Daftar Pustaka Lampiran

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

Tabel

4.1 Nilai Densitas, Porositas dan Susut Bakar

4.2 Nilai Fluks Density

4.3 Nilai Remanensi, Koersivitas, Energi Produk Barium Heksaferit

DAFTAR GAMBAR

4.6 Hasil SEM Barium Heksaferit dengan suhu sintering 1170 C untuk Stoikiometri

4.2 Grafik pola difraksi Barium Heksaferit

4.3 Grafik hubungan suhu sintering dengan susut bakar

4.4 Grafik hubungan suhu sintering dengan densitas

4.5 Grafik hubungan suhu sintering dengan porositas

4.1 Kurva DTA (a) stoikiometri (b) non stoikiometri

4.7 Hasil SEM Barium Heksaferit dengan suhu sintering 1170 C untuk Non stoikiometri

4.8 Hasil SEM EDX Barium Heksaferit dengan suhu sintering 1170 C untuk stoikiometri dan non stoikiometri

4.9 Hubungan antara kuat magnet dengan suhu sintering

4.10 Kurva Histerisis Barium Heksaferit dengan aditif Boric Acid 0,5% 42

4.11 Kurva Histerisis Barium Heksaferit (a) stoikiometri (b) non stoikiometri

Nomor Judul Halaman Gambar

2.5 Kurva Histerisis material magnet lunak dan keras

2.1 Meteran Air dengan tipe Multi jet

2.2 Magnet untuk meteran air

2.3 Kurva Histerisis Untuk Ferromagnetik dan Ferrimagnetik

2.4 Kurva Histerisis Material Magnetik

3.1 Diagran alir penelitian

2.6 Sel Satuan Barium Heksaferit

2.7 Sekamtis prose sintering

2.8 Tahapan yang terjadi dalam proses sintering

2.9 Geometri sebuah XRD

Pembuatan Dan Karakterisasi Magnet Permanen Barium Heksaferit Untuk Aplikasi Sensor Meteran Air