EFEK VARIASI WAKTU ROTARY BALL MILL PADA SERBUK NdFeB TERHADAP MIKROSTRUKTUR, DENSITAS, dan SIFAT MAGNETNYA
EFEK VARIASI WAKTU
SERBUK NdFeB TERHADAP MIKROSTRUKTUR, DENSITAS, dan SIFAT MAGNETNYA SKRIPSI LYA OKTAVIA SIMANJUNTAK 100801032
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
2 EFEK VARIASI WAKTU
ROTARY BALL MILL PADA
SERBUK NdFeB TERHADAP MIKROSTRUKTUR, DENSITAS, dan SIFAT MAGNETNYA SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
LYA OKTAVIA SIMANJUNTAK 100801032 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
PERSETUJUAN
Judul : Efek Variasi Waktu Rotary Ball Mill Pada Serbuk NdFeB terhadap Mikrostruktur, Densitas, dan Sifat Magnetnya
Kategori : Skripsi Nama : Lya Oktavia Simanjuntak Nomor Induk Mahasiswa : 100801032 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 Pembimbing, Ketua Dr. Marhaposan Situmorang Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc NIP. 195510301980031003 NIP. 196506171993031009
PERNYATAAN
EFEK VARIASI WAKTU ROTARY BALL MILL PADASERBUK NdFeB TERHADAP MIKROSTRUKTUR,
DENSITAS, dan SIFAT MAGNETNYA
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing
- – masing disebutkan sumbernya. Medan, Agustus 2014 Lya Oktavia Simanjuntak 100801032
PENGHARGAAN
Puji dan Syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan anugerahNya penulis dapat menyelesaikan studi selama perkuliahan dan dapat menyelesaikan penyusunan skripsi dengan judul :
“EFEK VARIASI WAKTU ROTARY BALL MILL PADA SERBUK NdFeB TERHADAP
MIKROSTRUKTUR, DENSITAS, dan SIFAT MAGNETNYA”. Yang
dilaksanakan di Laboratorium Keramik dan Gelas P2F LIPI Serpong Tangerang Selatan sesuai dengan waktu yang ditetapkan. 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 hingga terselesaikannya penyusunan skripsi ini banyak sekali bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Dalam kesempatan ini saya ucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar
- – besarnya kepada :
1. Kedua orang tua saya yang tersayang Ayahanda H.Simanjuntak dan
Ibunda M.Napitupulu yang tulus menyayangi penulis dan tak henti
- – hentinya memberikan nasehat, Doa, motivasi serta materi maupun moril. Dan kepada yang tersayang Abang (Frenky B.T. Simanjuntak & Agustin J.P Simanjuntak), Kakak (Hotny Elfrida Simanjuntak), Vario, Cindy dan Sikembar Jose-Jessen, dengan segala kelebihan dan kekurangan, kalian membuat penulis bangga mempunyai keluarga seperti kalian.
2. Bapak Dr. Sutarman M.Sc selaku Dekan Departemen Fisika Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas suatera Utara, Medan.
3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua Departemen Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas suatera Utara, Medan.
4. Bapak Ir. Muljadi M.Si dan Bapak Drs. Syahrul Humaidi M.Sc selaku
Dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi.
5. Bapak Dr. Bambang Widyatmoko, M.Eng, selaku Kepala Laboratorium
Pusat Penelitian Fisika P2F – LIPI Serpong.
6. Bapak Prof. Pardamean Sebayang, Bapak Candra Kurniawan S.Si, Bapak
Prof. Masno Ginting, Ibu Ayu Yuswita Sari S.Si, Mas Lukman Faris, Amd, mas Boiran, Mas Ibrahim, selaku pembimbing lapangan yang telah memberikan bimbingan, waktu dan tenaga kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Ibu Dr. Diana Alemin Barus M.Sc selaku Dosen wali penulis selama 7. mengikuti perkuliahan.
8. Seluruh Staf dosen, Pembantu Dekan, Pegawai Departemen, dan Pegawai
Foto Copy (Kak Reni & Kak Ana) Departemen Fisika FMIPA USU 9. Buat „Kurcaci‟ yang selalu memberikan Doa, dukungan, motivasi dan waktu bagi penulis.
Teman
10. – teman Stambuk Lucky (2010) : Ruth Mentari H, Theresya S,
Ataran Hadiman M, Samuel H, Dahniar H, Citra Wara, Usi Damayanti, Eka Sari, Juliana S, Lasmini S, Riady S, Marisa M, Zailani R, Siti Nuraini, Gunawan S, Amin O S, Faisal S, Jenery, Sri anugrah, Emidola P, Layla, Riki E, Riki D, Esnaria, Melisa, Roulina, Ririn, Rika, Rahel, Sri Ita, Desi S,Juan, Maysarah, Lamhot, Ronald, Baginda, Wiharja, Fransiskus, Sahat, Rony, Desmar, Jantiber, Jekson, Baik, Anthony, Nasrul, Rumianto, Bewa, Edy, Fadly, Ikhwan, Irman, yang telah memberikan kesan dan kenangan manis bagi penulis selama masa perkuliahan. “Always Love You All”.
Seluruh Adik 11. – adik FISIKA USU angkatan 2011, 2012, dan 2013.
12. Kakak dan Adek Penghuni “Terompet 11” Kak Hanna, Kak Juni, Kak
- – Christin, kak Elva, Sarah Sitorus, Ramona M, Rani, Desti, yang tak henti henti memberikan semangat, Doa dan dukungan kepada penulis.
13. Seluruh teman
- – teman Di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara, Medan.
14. Kak Delovita, Kak Yola dan kepada mereka yang tidak dapat saya
sebutkan namanya yang telah mendukung penulis, saya ucapkan terima kasih.
Penulis menyadari dalam penulisan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan dan terdapat banyak kekurangan. Oeh karena itu kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat diharapkan untuk penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Agustus 2014 Penulis
EFEK VARIASI WAKTU
SERBUK NdFeB
TERHADAP MIKROSTRUKTUR, DENSITAS, dan SIFAT
MAGNETNYA
ABSTRAK
Telah dilakukan proses penghalusan serbuk NdFeB dengan menggunakan rotary
ball mill dalam kondisi kering (dry milling) dan dalam kondisi basah (wet
milling ), untuk proses wet milling digunakan media milling cairan toluen. Bahan
yang digunakan adalah Serbuk NdFeB tipe MQP-B+10118-70. Waktu milling baik secara kering maupun basah di variasi: 1,5,10, dan 20 jam. Kemudian dilakukan karakterisasi diameter partikel serbuk dengan PSA, dan karakterisasi densitasnya menggunakan piknometer. Untuk pengujian mikrostruktur dengan SEM, bulk density, sifat magnet (fluks density) dilakukan pada sampel berbentuk pelet. Lalu sampel serbuk yang telah di milling dengan berbagai variasi waktu
2
milling, di cetak dengan tekanan 25 kgf/cm , dan dengan menambahkan bahan perekat celuna sebanyak 5 % berat, hingga membentuk pelet dengan diameter 1 cm. Selanjutnya sampel pelet di keringkan (curing) selama 1 jam pada suhu 180
C. Sampel pelet yang telah kering di analisa mikrostruktur dengan menggunakan SEM, dan diukur bulk density menggunakan metode archimedes. Sebagian sampel pelet yang telah kering lainnya di magnetisasi dengan impulse
magnetizer pada tegangan 1300 Volt DC. Sampel pelet yang telah dimagnetisasi
di ukur fluks density menggunakan gaussmeter. Dari nilai densitas fluks magnet sampel, diperoleh sampel terbaik yaitu sampel hasil milling 1 jam yang memiliki nilai densitas fluks magnet sebesar 1917.6 Gauss dalam metode dry mill dan nilai densitas fluks magnet sebesar 1861.6 Gauss dalam metode wet mill. Sedangkan sampel terburuk adalah sampel hasil milling 20 jam yang memiliki nilai densitas fluks magnet sebesar 1384.4 Gauss dalam metode dry mill dan nilai densitas fluks magnet sebesar 1069.8 Gauss dalam metode wet mill.
Kata Kunci : Rotary Ball Mill, magnet NdFeB, densitas fluks magnet, magnetisasi
EFFECT OF TIME VARIATION OF THE ROTARY BALL MILL AT
NdFeB POWDER ON MICROSTRUCTURE, DENSITY AND MAGNETIC
PROPERTIES
ABSTRACTThe milling process of powder NdFeB has been done by using rotary ball mill in dry and wet condition, where milling in wet condition is used liquid toluen as milling media. The NdFeB Powders MQPB+ 10118-70, is used for this experiment. Milling time for dry and wet condition was varried : 1, 5, 10, and 20 hours. Then this powder was characterized particle size distribution used PSA, and characterized powder density by using picnometer. Sample in form pellet was used for measurement of microstructure, bulk density and magnetic properties (flux density). So samples after milling were formed pellet diameter 1 cm with
2
pressure 25 kgf/cm and added celuna binder about 5 % wt. Then the sample
o
pellets were curred at 180 C for 1 hour. The pellet samples were measured microstructure by using SEM and bulk density by using archimedes method. Also pellet samples after curring were magnetized by using impulse magnetizer at 1300 volt DC, and flux density was measured by using the Gaussmeter. From the result of fluks density, The best sample is a sample obtained by milling 1 hour that have magnetic flux density 1917.6 Gauss for dry mill method and 1861.6 Gauss for wet mill method. While the worst sample is a sample obtained by milling 20 hours that have magnetic flux density 1384.4 Gauss for dry millmethod and 1069.8 Gauss for wet mill method.
Key words : Rotary Ball Mill, NdFeB magnet, magnetic flux density, magnetization
DAFTAR ISI
Halaman Persetujuan i
Pernyataan ii
Penghargaan iii
Abstrak vi
Abstract vii
Daftar isi viii
Daftar Gambar xi
Daftar Tabel xiii
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
4
1.5. Manfaat Penelitian
4
1.6. Tempat Penelitian
4
1.7. Sistematika Penulisan
4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Magnet Secara Umum
6
2.2 Bahan Magnetik
7
2.3 Klasifikasi Soft dan Hard Magnetik Material
10
2.3.1 Magnet Permanen
11
2.3.1.1 Magnet Permanen NdFeB
12
2.3.1.1.1 Unsur Pemadu Pada Magnet NdFeB
12
2.3.1.1.2 Struktur Kristal Magnet NdFeB
15
2.3.1.1.3 Sifat Fisis Magnet NdFeB
16
2.3.1.1.4 Karakteristik Magnet NdFeb TerhadapTemperatur
17
2.3.1.1.5 Fabrikasi Magnet NdFeB
17
2.3.1.1.6 Ketahanan Magnet NdFeB Terhadap korosi
17
2.3.2 Magnet Remanen
18
2.4 Kurva Histerisis Magnet
18
2.5 Mechanical Milling
21
2.5.1 Bahan Baku
21
2.5.2 Tipe Milling
21
2.5.3 Parameter Milling
22
2.6 Proses Kompaksi
42
43
3.6.4 Analisa Struktur Serbuk Magnet NdFeB
43
3.6.3.1 Analisa Densitas Fluks Magnetik Sampel Pelet Magnet NdFeB
43
3.6.3 Sifat Magnet
3.6.2.2. Analisis Bulk Density Sampel Pelet Magnet NdFeB
43 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
41
3.6.2.1. Analisis Densitas Serbuk Magnet NdFeB
41
3.6.2 Sifat Fisis
40
3.6.1 Analisis Ukuran Diameter Partikel Serbuk Magnet NdFeB
3.6.5 Pengamatan Mikrostruktur Sampel Pelet NdFeB
4.1 Karakterisasi Hasil Penelitian
3.6 Pengujian
4.1.3 Hasil Pengujian Sifat Magnet
4.1.5 Analisa Struktur Serbuk Magnet NdFeB
54
4.1.4 Pengamatan Mikrostruktur Pelet Magnet NdFeB
52
4.1.3.1 Pengujian Densitas Fluks Magnetik Pelet Magnet NdFeB
52
50
45
4.1.2.2 Bulk Density
49
4.1.2.1 Densitas Serbuk
49
4.1.2 Sifat Fisis
45
4.1.1 Ukuran Diameter Partikel Serbuk Magnet NdFeB
40
40
25
2.7.4 SEM (Scanning Electron Microscope)
3.1.2 Waktu Penelitian
36
3.1.1 Tempat Penelitian
36
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
32 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
30
3.2 Alat dan Bahan
2.7.3 XRD (X-Ray Difractometer)
28
2.7.2 Densitas
26
2.7.1 Particle Size Analyzer
26
2.7 Karakterisasi
36
36
3.5.2. Pembuatan Sampel Uji
39
39
3.5.1 Proses Milling
39
3.5 Prosedur Penelitian
39
3.4.2 Variabel Percobaan yang Diuji
3.4.1 Variabel Penelitian
3.2.1 Alat
39
3.4 Variabel Eksperimen
38
3.3 Diagram Alir Penelitian
37
3.2.2 Bahan
36
58 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
61
5.2. Saran
62 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
18 Gambar 2.7 (a) Kurva Histerisis Material Magnet Untuk Soft Magnetik
50 Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Nilai Densitas Fluks Magnetik Sampel Pelet Magnet NdFeB Setelah Dimilling Dalam Metode Dry Mill dan Metode Wet Mill
48 Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Nilai Densitas Serbuk setelah dimilling Dalam Metode dry Mill dan Metode wet Mill
46 Gambar 4.2 Grafik Hasil Pengukuran PSA Serbuk NdFeB Hasil Milling Dengan Metode Wet Mill
38 Gambar 4.1 Grafik Hasil Pengukuran PSA Serbuk NdFeB Hasil Milling Dengan Metode Dry Mill
35 Gambar 3.1. Skema Diagram Alir Penelitian Bonded Magnet NdFeB Dengan Variasi Waktu Milling
32 Gambar 2.11 Skema Prinsip Dasar SEM
24 Gambar 2.10 Skema Geometri Difractometer
23 Gambar 2.9 Bola Mill Yang Digunakan Dalam Alat Rotary Ball Mill
20 Gambar 2.8 Wadah Milling Dalam Alat Rotary Ball Mill
20 (b)Kurva Histerisis Material Magnet Untuk Hard Magnetik
15 Gambar 2.6 Magnet NdFeB Yang Telah Dicoating/Pelapisan
Halaman
14 B
2 Fe
Yang Mengandung Atom Boron Dalam Struktur Nd
14 B (b) Prisma Trigonal
2 Fe
14 Gambar 2.5 (a) Sel Satuan Tetragonal Nd
13 Gambar 2.4 Struktur Atom Unsur Boron
12 Gambar 2.3. Struktur Atom Unsur Besi
10 Gambar 2.2. Struktur Atom Unsur Neodymium
Gambar 2.1. Klasifikasi Bahan Magnetik54 Gambar 4.6 Hasil Pengamatan Mirostruktur Dari Bonded Magnet NdFeB Tanpa Milling
55 Gambar 4.7 Hasil Pengamatan Mikrostruktur Dari Bonded Magnet NdFeB Hasil Milling
56 Gambar 4.8 Grafik Hasil Karakterisasi XRD Untuk Serbuk NdFeB Tanpa Milling
58 Gambar 4.9 Grafik Hasil XRD Perbandingan Fasa NdFeB Hasil Milling
59
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Perbandingan Karakteristik Magnet Permanen11 Tabel 2.2 Informasi Dasar Unsur Neodymium
13 Tabel 2.3 Informasi Dasar Unsur Besi
14 Tabel 2.4 Informasi Dasar Unsur Boron
15 Tabel 2.5 Sifat Fisis Magnet NdFeB Tipe MQP-B+10118-70
16 Tabel 4.1 Hasil pengukuran PSA Untuk Serbuk NdFeB Tanpa Milling
46 Tabel 4.2 Hasil pengukuran PSA Untuk Serbuk NdFeB Hasil Milling Dengan Metode Dry Mill
46 Tabel 4.3 Hasil pengukuran PSA Untuk Serbuk NdFeB Hasil Milling Dengan Metode Wet Mill
47 Tabel 4.4 Hasil pengujian Densitas Serbuk Hasil Milling Dengan Metode Dry Mill dan Wet Mill
49 Table 4.5 Hasil pengujian Bulk Density Hasil Milling Dengan Metode Dry Mill dan Wet Mill
51 Tabel 4.6 Hasil pengujian Densitas Fluks Magnet Hasil Milling Dengan Metode Dry Mill dan Wet Mill
53