Efek Holding Time Heat Treatment Terhadap Sifat Fisis, Mikrostruktur, Dan Sifat Magnet Pada Pembuatan Bonded Magnet Pr-Fe-B

  EFEK HOLDING TIME HEAT TREATMENT TERHADAP SIFAT FISIS, MIKROSTRUKTUR, DAN SIFAT MAGNET PADA PEMBUATAN BONDED MAGNET Pr-Fe-B SKRIPSI RUTH MENTARI HUTAHAEAN 100801006

DEPARTEMEN FISIKA

  

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

  2

  EFEK HOLDING TIME HEAT TREATMENT TERHADAP SIFAT FISIS, MIKROSTRUKTUR, DAN SIFAT MAGNET PADA PEMBUATAN BONDED MAGNET Pr-Fe-B SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains RUTH MENTARI HUTAHAEAN 100801006 DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

  2014

  

PERSETUJUAN

  Judul : Efek Holding Time Heat Treatment Terhadap Sifat Fisis, Mikrostruktur, Dan Sifat Magnet Pada Pembuatan Bonded Magnet Pr-Fe-B

  Kategori : Skripsi Nama : Ruth Mentari Hutahaean Nomor Induk Mahasiswa : 100801006 Program studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam

  Universitas Sumatera Utara Disetujui di Medan, Agustus 2014

  Disetujui Oleh Departemen Fisika FMIPA USU Ketua, Pembimbing, Dr. Marhaposan Situmorang Tua Raja Simbolon, S.Si, M.Si NIP : 195510301980031003 NIP: 197211152000121001

  

PERNYATAAN

EFEK HOLDING TIME HEAT TREATMENT TERHADAP SIFAT FISIS,

MIKROSTRUKTUR, DAN SIFAT MAGNET PADA PEMBUATAN

BONDED MAGNET Pr-Fe-B

  

SKRIPSI

  Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing- masing disebutkan sumbernya.

  Medan, Agustus 2014 RUTH MENTARI HUTAHAEAN 100801006

  

PENGHARGAAN

  Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena BerkatNya yang luar biasa, sehingga penulis dapat menyelesaikan studi selama perkuliahan dan dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini dengan judul : “EFEK HOLDING TIME HEAT TREATMENT TERHADAP SIFAT FISIS,

  

MIKROSTRUKTUR, DAN SIFAT MAGNET PADA PEMBUATAN

BONDED MAGNET Pr-Fe-B

  ”. Skripsi ini 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 sampai terselesaikannya penyusunan skripsi ini banyak sekali bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :

  1. Bapak Dr. Sutarman, M.Sc. sebagai Dekan, dan Pembantu Dekan Fisika FMIPA USU .

  2. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang sebagai Ketua Jurusan, Bapak Drs.

  Syahrul Humaidi, M.Si sebagai Sekretaris Jurusan FMIPA USU dan seluruh bapak/Ibu Staff Pengajar Fisika USU serta para pengawai administrasi.

  3. Bapak Tua Raja Simbolon, S.Si, M.Si. dan Bapak Ir. Muljadi, M.Si. sebagai dosen pembimbing penulis serta kepada Prof. Pardamean Sebayang, Bapak Prof. Masno ginting , Bapak Dr. Toto Sudiro, Bapak Candra Kurniawan,S.Si, Ibu Ayu Yuswita Sari, S.Si. Bapak Didik.

  4. Bapak Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng selaku Kepala Pusat Penelitian Fisika

• –LIPI yang telah memberikan izin untuk melakukan penelitian hingga terselesaikannya penulisan skripsi ini.

  5. Yang terkhusus Ayahanda Janus Parulian Hutahaean dan Ibunda Desima Napitupulu yang dengan tulus menyayangi, mendidik, mendoakan, dan memberi motivasi baik materi maupun moril yang tak henti-hentinya. Alm. Opung Tiamsyah S.Simangunsong yang selama

  6. hidupnya selalu membimbing, menyayangi, dan mendoakan penulis.

  Kakak, abang dan adik : Renita Angelia Hutahaean, Maria Florence Hutahean, Andreas Euson Hutahaean, Wilson Rubensius Hutahaean serta keluarga besar Hutahaean dan Napitupulu .

  7. Keluarga Besar P2F LIPI: Ibu Ani, Bapak Lukman Faris, Bapak Boiran, Bapak Amat, Bapak satpam dan seluruh staff LIPI yang telah memberikan pelayanan dan bantuan yang luar biasa kepada penulis selama melakukan penelitian di P2F LIPI.

  8. Untuk yang terkasih Frans Sanjaya Panjaitan dan TTLAS “Theresya Simanjuntak, Lya Oktavia Simanjuntak, Ataran Hadiman Marpaung, Samuel Hutahuruk”. Teman-teman seperjuangan selama penelitian di P2F LIPI Citra, Eka, Usi, Dahniar, Ray, Aini, Juliana, Lasmini, Riady 2009 yang telah banyak membantu penulis dalam melakukan penelitian dan menyelesaikan penyusunan skripsi ini.

  9. Untuk seluruh adik-adik di Fisika USU angkatan 2011,2012,2013 dan teman-teman di FMIPA USU.

  10. Dan kepada kakak senior seperjuangan di LIPI Delovita Ginting, M.Si, dan kakak Yollan Allan Sembiring, M.Si yang telah banyak membantu penulis dan teman-teman dalam melaksanakan penelitian dan penyusunan skripsi.

  11. Dan kepada mereka yang tidak disebutkan namanya yang telah mendukung penulis, saya ucapkan terima kasih.

  Penulis menyadari dalam penulisan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan dan terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat diharapkan untuk penyempurnaan skripsi ini . Akhir kata semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis maupun bagi orang lain yang membacanya.

  Medan, Agustus 2014 Penulis

  

EFEK HOLDING TIME HEAT TREATMENT TERHADAP SIFAT FISIS,

MIKROSTRUKTUR DAN SIFAT MAGNET PADA PEMBUATAN

BONDED MAGNET PrFeB

  

ABSTRAK

  Telah dilakukan pembuatan magnet bonded PrFeB dengan variasi temperatur curing vakum dan udara sebesar 100,150, 180, 200 C , t konstan = 1 jam dan selanjutnya dilakukan variasi waktu penahanan sebesar 30 menit,1jam, 2jam, dan 4jam, T konstan = 100

  C. Serbuk hasil heat treatment dicetak berbentuk pellet (d=0,9 cm) dengan cara dry press menggunakan hand press bertekanan 30.000 kPa. Karakterisasi : Sifat fisis yaitu densitas (Prinsip Archimedes) dan Sifat magnet( diukur dengan gaussmeter) untuk mendapatkan suhu curing optimum. Berdasarkan data ,didapat suhu optimum yaitu pada suhu 100

  C. Kemudian dilakukan pengeringan (curing) dalam keadaan vakum dan udara dengan variasi konstan 100

  C. Dari hasil penelitian bahwa bonded magnet PrFeB yang memiliki kerapatan fluks magnetik tertinggi adalah bonded magnet yang dicuring udara pada suhu 100 C dan waktu penahanan 30 menit, yaitu 2527.0 gauss dengan nilai

3 Densitas = 5.9 g/cm

  

Kata Kunci : Magnet bonded PrFeB, resin epoxy, curing, sifat fisis, sifat

magnet.

THE EFFECT OF

  

PHYSICAL PROPERTIES, AND PROPERTIES OF MAGNET IN THE

MAKING OF BONDED MAGNETS PrFeB ABSTRACT

  This study made the manufacture of bonded magnets PrFeB with curing of vacuum temperature variation and air at 100, 150, 180, 200 C, a constant t = 1 hour and then performed a variation detention time of 30 minutes, 1 hour, 2 hours, and 4 hours, constant T = 1000 C. Result of heat treatment powders printed form pellets (d = 0.9 cm) by means of dry press using a hand press 30.000kPa pressure. Characterization: Physical properties namely density (Archimedes Principle) and magnetic properties (measured by Gaussmeter) to obtain the temperature of the optimum curing. Based on the data, the optimum temperature is obtained at a temperature of 100

  C. Then do the drying (curing) in a vacuum and air with variations detention of curing such as : 30 minutes, 1 hour, bonded magnets PrFeB which has the highest magnetic field strength is bonded magnet that was air curing at a temperature of 100 C and holding time 30 minutes, such as : the value of 2527.0 gauss Density = 5.9 g/cm3.

  

Keywords: PrFeB bonded magnets, epoxy resins, curing, physical properties,

magnetic properties.

DAFTAR ISI

  Halaman Persetujuan i

  Lembar Pengesahan ii

  Pernyataan iii

  Penghargaan iv

  Abstrak vi

  Abstract vii

  Daftar Isi viii

  Daftar Gambar xii

  Daftar Lampiran xiv

  BAB 1 PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang

  1

  1.2 Rumusan Masalah

  3

  1.3 Batasan Masalah

  3

  1.4 Tujuan Penelitian

  3

  1.5 Manfaat Penelitian

  3

  1.6 Tempat Penelitian

  4

  1.7 Sistematika Penelitian

  4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

  2.1 Pengertian Magnet

  5

  2.2 Medan Magnet

  5

  2.3 Material Magnet

  6

  2.4 Bahan Magnetik

  6

  2.4.1 Bahan Diamagnetik

  6

  2.4.2 Bahan Paramagnetik

  7

  2.4.3 Bahan Ferromagnetik

  8

2.4.4 Bahan Antiferromagnetik

  2.4.5 Bahan Ferrimagnetik

  21

  2.17 Karakterisasi

  17

  2.17.1 Sifat Fisis

  17

  2.17.1.1Densitas

  17

  2.17.2 Analisis Mikrostruktur

  18

  2.17.2.1SEM ( Scanning Electron Microscope)

  18

  2.17.3 Sifat Magnet

  2.17.3.1VSM(Vibrating Sample Magnetometer)

  2.16 Pengaruh Temperatur Terhadap Magnet Permanen

  21 Bab 3 METODOLOGI PENELITIAN

  3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

  23

  3.2. Bahan dan Peralatan Penelitian

  23

  3.2.1 Bahan

  23

  3.2.2 Peralatan Penelitian

  23

  3.3 Diagram Alir Penelitian

  25

  17

  16

  9

  12

  2.5 Domain Magnet

  9

  2.6 Jenis Magnet Permanen

  10

  2.7 Kurva Histerisis

  10

  2.8 Praseodymium

  12

  2.9 Besi

  12

  2.10 Boron

  2.11 Sifat Magnet PrFeB

  8

  13

  2.11.1 Sifat Fisis Magnet

  13

  2.12 Teknik Pembuatan Magnet

  13

  2.14 Jenis Bahan

  15

  2.14.1 Bahan Logam

  15

  2.14.2 Bahan Polimer

  15

  2.15 Resin Epoksi

  3.4. Pembuatan Sampel Uji

  30

  5.2 Saran

  39

  5.1 Kesimpulan

  BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

  36 Bonded PrFeB dengan Menggunakan SEM (Scanning Electron Microscope)

  4.1.3 Hasil Analisa Mikrostruktur Magnet

  33

  4.1.2.1 Hasil Pengukuran Kerapatan

  33

  4.1.2 Sifat Magnet

  30

  4.1.1.1 Densitas

  4.1.1 Sifat Fisis

  26

  30

  4.1 Karakterisasi Hasil Penelitian

  28 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

  3.6.3 Sifat Magnet

  27

  3.6.2 Analisa Mikrostruktur

  26

  3.6.1 Densitas

  26

  3.6 Karakterisasi

  26

  3.5. Proses Heat Treatment

  40 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

  DAFTAR TABEL

  Halaman

Tabel 2.1 Sifat Fisis Magnet PrFeB

  13 Tabel 4.1 Perbandingan nilai Bulk density Curing

  30 Vakum dan Udara terhadap variasi temperatur

Tabel 4.2 Perbandingan nilai Bulk density Curing

  32 Vakum dengan Curing Udara terhadap variasi waktu penahanan

Tabel 4.3 Kerapatan Fluks Magnet PrFeB Curing

  33 Vakum dan Udara terhadap variasi temperature curing

Tabel 4.4 Kerapatan Fluks Magnet PrFeB Curing Vakum

  35 dan Udara terhadap variasi waktu penahanan ( holding time) curing

  

DAFTAR GAMBAR

  Halaman

Gambar 2.1 Arah domain-domain dalam bahan paramagnetik

  7 sebelum diberi medan magnet luar Arah domain dalam bahan paramagnetic setelah

  7 Gambar 2.2 diberi medan magnet luar

Gambar 2.3 Arah domain dalam bahan ferromagnetic

  8 Gambar 2.4 Arah domain dalam bahan anti ferromagnetic

  9 Gambar 2.5 Arah domain dalam bahan ferrimagnetik

  9 Gambar 2.6 Arah partikel pada magnet isotropi dan anisotropi

  10 (a) Arah partikel acak (Isotrop) (b) Arah partikel searah (Anisotrop)

Gambar 2.7 Hysteresis loop (atas) untuk bahan magnet terorientasi

  11 (kiri) dan bahan magnet isotropik (kanan)

Gambar 2.8 Komponen vibrating sampel magnetometer (VSM)

  21 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian Pembuatan

  25 Magnet Bonded PrFeB

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Variasi Temperatur Curing

  31 Terhadap Nilai Bulk Densitas Pada Curing Vakum dan Udara , t = 1 jam

  konstan

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Variasi waktu penahanan

  32 Curing Terhadap Nilai Bulk Densitas Pada Curing Vakum dan Udara , T konstan = 100 C

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Variasi Temperatur Curing

  34 Terhadap Nilai Densitas Fluks Magnet Pada Curing Vakum dan Udara dengan tkonstan = 1 Jam

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Variasi Waktu Penahanan Curing

  35 Terhadap Nilai Densitas Fluks Magnet Pada Curing Vakum dan Udara dengan T = 100 C

Gambar 4.5 Foto morfologi sampel magnet bonded PrFeB dengan

  36 perbesaran 100 x dimana waktu penahanan (a) Udara 30 menit, (b) Udara 30 menit yang dianalisis dengan software image J

Gambar 4.6 Foto morfologi sampel magnet bonded PrFeB dengan 37 perbesaran 100 x dimana waktu penahanan (a) Udara 4 jam,

  (b) Udara 4 jam yang dianalisis dengan software image J

Gambar 4.7 Foto morfologi sampel magnet bonded PrFeB dengan 37 perbesaran 100 x dimana waktu penahanan (a) Vakum 30 menit,

  (b) Vakum 30 menit yang dianalisis dengan software image J perbesaran 100 x dimana waktu penahanan (a) Vakum 4 jam, (b) Vakum 4 jam yang dianalisis dengan software image J