Pengaruh Temperatur Heat Treatment Dan Holding Time Terhadap Sifat Fisis, Mikrostruktur Dan Sifat Magnet Permanen Bonded NdFeB

  1 PENGARUH TEMPERATUR HEAT TREATMENT DAN HOLDING TIME TERHADAP SIFAT FISIS,MIKROSTRUKTUR DAN SIFAT MAGNET PERMANEN BONDED NdFeB SKRIPSI THERESYA SIMANJUNTAK 100801008 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

  2 PENGARUH TEMPERATUR HEAT TREATMENT DAN HOLDING TIME TERHADAP SIFAT FISIS,MIKROSTRUKTUR DAN SIFAT MAGNET PERMANEN BONDED NdFeB SKRIPSI

  Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

THERESYA SIMANJUNTAK 100801008

  PERSETUJUAN Judul : Pengaruh Temperatur Heat Treatment Dan Holding Time Terhadap Sifat Fisis, Mikrostruktur Dan Sifat Magnet Permanen Bonded NdFeB Kategori : Skripsi Nama : Theresya Simanjuntak Nomor induk mahasiswa : 100801008 Program studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) USU

  Diluluskan di Medan, juli 2014

  Diketahui Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,

  Pembimbing, Dr. Marhaposan Situmorang Drs.Aditia Warman,M.Si Nip: 195510301980031003 Nip:195705031983031003

  PERNYATAAN PENGARUH TEMPERATUR HEAT TREATMENT DAN HOLDING

TIME TERHADAP SIFAT FISIS,MIKROSTRUKTUR DAN

  SIFAT MAGNET PERMANEN BONDED NdFeB SKRIPSI

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

  Medan, Juli 2014

THERESYA SIMANJUNTAK 100801008

  PENGHARGAAN

  Puji dan syukur saya panjatkan kepada Yesus Kristus atas berkat dan kasih setianya yang selalu menyertai dan memberi kemudahan sehingga saya dapat menyelesaikan skripsi ini.

  Tugas akhir ini merupakan salah satu proses untuk memperoleh gelar sarjana pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan. Untuk memenuhi persyaratan tersebut diatas saya mengerjakan tugas akhir dengan judul : “PENGARUH TEMPERATUR HEAT

  TREATMENT

DAN HOLDING TIME TERHADAP SIFAT FISIS,

MIKROSTRUKTUR DAN SIFAT MAGNET PERMANEN BONDED

  NdFeB”, yang dilaksanakan di laboratorium Magnet P2F LIPI Serpong Tangerang Selatan sesuai dengan waktu yang ditetapkan.

  Dalam kesempatan ini saya sampaikan ucapan terimakasih kepada pihak- pihak yang telah banyak membantu serta mendukung saya dalam menyelesaikan skripsi ini. Terutama untuk orang tua saya St. Benny Simanjuntak dan Ristana

  br Hutabarat yang telah melahirkan, membesarkan, mendoakan dan memberi

  saya motivasi materi dan moril selama saya berada di bangku pendidikan dan yang menjadi inspirasi saya karena ketegarannya “Always Love u Mom and

  Dad” dan saya mengucapkan terima kasih kepada :

  1. Bapak Dr. Sutarman, M.Sc, selaku Dekan Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.

  2. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.

  3. Bapak Drs. Aditia warman, M.Si, selaku dosen pembimbing yang bersedia meluangkan waktunya untuk membimbing saya menyelesaikan skripsi ini.

  4. Bapak Dr. Toto Sudiro, dan Bapak Prof. Drs. Pardamean Sebayang M.S, selaku dosen pembimbing di LIPI yang telah bersedia membimbing saya dalam melakukan penelitian dan menyelesaikan skripsi ini.

  5. Bapak Dr.Bambang Widyatmoko, M.Eng, selaku kepala Laboratorium Pusat Penelitian Fisika PPF-LIPI Serpong.

  6. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku sekertaris Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.

  7. Bapak Drs. Herli Ginting, M.Sc selaku dosen wali saya selama mengikuti perkuliahan.

  8. Seluruh staf dosen Dekan dan Pembantu Dekan dan Pegawai Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.

  9. Pak Candra Kurniawan, S.Si, Mas Lukman Faris, Amd, dan Mbak Ayu Yuswita, S.Si, selaku pembimbing dilapangan dalam menyelesaikan skripsi ini.

  10. Adik-adik ku Bella Oktavia Simanjuntak, Renhard Krisman simanjuntak dan Jeremy Jefanya Simanjuntak yang juga menjadi semangat saya dan Boy A Simangunsong yang juga membantu saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

  11. Terkhusus buat teman terbaikku Abeng Tampubolon terima kasih buat motivasi, perhatian, semangat dan doanya.

  12. Sahabat-sahabat ku TTLAS (Tari,Lya,Ataran dan Samuel) dan teman – teman stambuk 2010 ( Jenery, Sri Anugrah, Eka Sari, Usy, Layla, Citra, Sahad, Riady, Juan dll) 13. Untuk adik-adik 2013 terimakasih buat doa-doanya.

  14. Buat keluarga di Laboratorium Zat Padat, kepala Lab Bapak Prof.Dr.Timbangen S, M.Sc, buat bang Agus Siahaan, Kak Suhartina Malau, Ronald Naibaho, Emidola Pinem, dan adek - adek yang lagi magang di Lab Lilis Sagita, Eman Juliskar.

  Akhirnya saya menerima masukan dan saran yang membangun dari pembaca agar tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

  Penulis

  PENGARUH TEMPERATUR HEAT TREATMENT DAN HOLDING

TIME TERHADAP SIFAT FISIS,MIKROSTRUKTUR DAN

  SIFAT MAGNET PERMANEN BONDED NdFeB ABSTRAK

  Pembuatan Magnet bonded Nd-Fe-B dilakukan dengan mencampurkan serbuk

  • magnet Neodymium Iron Boron (Nd-Fe-B) tipe MQP 16-7B dan bahan perekat (binder) celluna WE-518 yang bersifat non-magnet. Komposisi serbuk dan binder sebesar 97 : 3 % berat dari massa total sampel 3 gram, pencampuran dilakukan dengan metode hand mixing. Campuran ini kemudian dicetak dengan menggunakan hand press dengan tekanan 30.000 kPa dan dikeringkan pada variasi temperatur 100ºC, 150ºC, 180ºC dan 200ºC selama 1 jam dan dilakukan variasi waktu penahanan selama 30 menit, 1 jam, 2 jam dan 4 jam pada temperature 100ºC dalam keadaan vakum dan atmosfer. Sifat fisis yang diuji

  3

  adalah bulk density dengan nilai tertinggi 6,715 g/cm dan mikrostruktur permukaan dilihat menggunakan Scanning Electron Microscope ( SEM ) dimana mikrostruktur pada pembuatan bonded tidak begitu terlihat perbedaannya. Karakterisasi sifat magnet dilakukan dengan pengukuran kuat medan dengan menggunakan Gaussmeter dan kurva histerisis dengan menggunakan Vibrating

  Sample Magnetometer. Koersifitas dari serbuk magnet NdFeB tipe MQP-B+ yaitu 485,6 kOe.

  Kata Kunci : NdFeB, bonded, curing , Holding time

  HEAT TREATMENT TEMPERATURE AND HOLDING TIME EFFECTS ON PHYSIC CHARACTERISTICS, MICROSTRUCTURE AND PERMANENT MAGNET CHARACTERISTICS OF BONDED NdFeB

  ABSTRACT Nd-Fe-B bonded magnet is made by mixing the NeodymiumIron Boron (Nd-Fe-B)

  • + magnet powder type MQP 16-7B with binder material, celluna WE-518 which has non-magnetic characteristic. The composition of powder and binder is 97:3 % in weight of the total mass of the sample which is 3 grams. The mixing process is done with hand mixing method. This mixed materials then casted by using hand press with the pressure 30.000 kPa and drained in varies temperature of 100ºC, 150ºC, 180ºC and 200ºC for an hour and used varies of restraint time in 30 minutes, 1 hour, 2 hours and 4 hours for temperature 100ºC in vacuum and

  3 atmosphere condition. Physic characteristic tested is 6,715 g/cm of bulk density; and surface microstructure can be seen by using the Scanning Electron Microscope (SEM) which is not contrast in microstructure while making bonded.

  The magnetic characteristic is done by measuring the magnetic force with Gaussmeter and the hysteretic curve measured by using the Vibrating Sample Magnetometer. Coercivity of NdFeB-type magnet powders MQP-B + is 485.6 kOe.

  Keywords: NdFeB, bonded, curing, holding time

DAFTAR ISI

  8

  5

  1.7. Sistematika Penulisan

  5 Bab 2. Tinjauan Pustaka

  2.1. Magnet Secara Umum

  7

  2.2. Fluks Magnetik

  2.2.1. Permeabilitas Magnet

  5

  8

  2.2.2. Hukum Ampere

  9

  2.3. Macam – Macam Magnet

  10

  2.3.1. Magnet Permanen

  10

  1.6. Tempat Penelitian

  Halaman Persetujuan i

  Lembar Pengesahan ii

  Daftar Singkatan xv

  Pernyataan iii

  Penghargaan iv

  Abstrak vi

  Abstrack vii

  Daftar Isi viii

  Daftar Tabel xii

  Daftar Gambar xiii

  Bab 1. Pendahuluan

  4

  1.1. Latar Belakang

  1

  1.2. Rumusan Masalah

  4

  1.3. Batasan Masalah

  4

  1.4. Tujuan Penelitian

  1.5. Manfaat Penelitian

  2.3.1.1. Neodymium Magnet

  10

  2.2.1.2. Samarium-Cobalt Magnets

  11

  2.2.1.3. Ceramic Magnet

  11

  2.2.1.4. Plastic Magnet

  12

  2.2.1.5. Alnico Magnet

  12

  2.3.2. Magnet Tidak Tetap

  12

  2.3.3. Magnet Buatan

  13

  2.4. Jenis Magnet Permanen

  13

  2.5. Klasifikasi Material Magnet

  14

  2.5.1. Diamagnetik

  14

  2.5.2. Paramagnetik

  14

  2.5.3. Ferromagnetik

  15

  2.6. Perkembangan Magnet

  19

  2.7. Neodymium Iron Boron (Nd Fe

  B)

  20

  2

  14

  2.8. Pembuatan Magnet

  24

  2.8.1. Sintered Magnet

  24

  2.8.2. Bonded Magnet

  25

  2.8.2.1. Pencampuran Bahan Baku

  25

  2.8.2.2. Proses Kompaksi

  26

  2.8.2.3. Heat Treatment

  27

  2.9. Karakterisasi

  27

  2.9.1. Densitas

  27

  2.9.2. Analisa Mikrostruktur Dengan Menggunakan SEM

  28

  2.9.3. Analisa Struktur Kristal Dengan Difraksi Sinar-X

  31

  2.9.4. Analisa Partikel Dengan PSA ( Partikel Size Analizer) 32

  2.8.5. VSM (Vibrating Sample Magnetometer)

  33 BAB 3. Metodologi Penelitian

  3.1. Tempat dan Waktu Penelitian

  34

  3.2. Peralatan dan Bahan

  34

  3.2.1. Peralatan

  34

  3.2.2. Bahan

  35

  3.3. Diagram Alir Penelitian

  36

  3.4. Variabel Eksperimen

  37

  3.4.1. Variabel Penelitian

  37

  3.4.2. Variabel Percoban yang diuji

  37

  3.5. Prosedur Penelitian

  37

  3.5.1. Karakterisasi Serbuk

  38

  3.5.1.1. SEM (Scanning Electron Microscope)

  38

  3.5.1.2. XRD (X-Ray Diffraction)

  38

  3.5.1.3. PSA (Partikel Size Analyzer)

  39

  3.5.1.4. VSM (Vibrating Sample Magnetometer)

  40

  3.5.2. Pembuatan Magnet Bonded NdFeB

  41

  3.5.2.1. Pencampuran Bahan Baku

  41

  3.5.2.2. Pembuatan Sampel Uji

  41

  3.5.2.3. Proses Curing

  41

  3.5.2.4. Holding Time

  42

  3.6. Pengujian

  42

  3.6.1. Sifat Fisis

  42

  3.6.2. Analisa Mikrostruktur Scanning Electron Microscope 43

  3.6.2. Sifat Magnet

  43 BAV 4. Hasil dan Pembahasan

  44

4.1. Karakterisasi NdFeB Powder

  4.1.1. Ukuran Partikel/Grain Size

  44

  4.1.2. Densitas Powder

  45

  4.1.3. Komposisi Phase

  46

  4.1.4. Powder Morphology

  47

  4.1.5. Karakteristik Magnet

  47

  4.2. Efek Suhu Curing

  48

  4.2.1. Bulk Density

  48

  4.2.2. Mikrostruktur

  50

  4.2.3. Kuat Medan Magnet

  53

  4.3. Efek Holding Time

  54

  4.3.1. Bulk Density

  55

  4.3.2. Mikrostruktur

  57

  4.3.3. Kuat Medan Magnet

  59 BAB 5. Kesimpulan dan Saran

  5.1. Kesimpulan

  61

  5.2. Saran

  61 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

  DAFTAR TABEL

  Halaman

Tabel 1.2 Produksi magnet permanen bonded NdFeB

  3 Tabel 2.1 Perbandingan karakteristik magnet permanen

  22 Tabel 2.2 Sifat Fisik Magnet NdFeB

  24 Table 4.1 Data Hasil Pengukuran Densitas Serbuk ( true density )

  45 Tabel 4.2 Hasil Pengujian Sifat Magnet Untuk Serbuk NdFeB

  48 Tabel 4.3 Data Hasil Pengukuran Densitas Pellet ( bulk density )

  49 Tabel 4.4 Data Hasil Pengukuran Densitas Fluks Magnet

  53 Tabel 4.5 Data Hasil Pengukuran Bulk Density Curing Vakum dan Udara (atmosfer) terhadap lama waktu penahana

  55 Tabel 4.6 Data Hasil Pengukuran Magnetik Fluks Curing Vakum dan Udara (atmosfer)

  59

  DAFTAR GAMBAR

  14 B

  48 Gambar 4.5 Grafik Hubungan antara bulk Density sampel bonded NdFeB dengan efek temperature curing dalam vakum dan atmosfer (udara bebas)

  47 Gambar 4.4 Kurva Histerisis Serbuk NdFeB

  46 Gambar 4.3 Hasil Mikrostruktur Powder NdFeB tipe MQP-B+

  44 Gambar 4.2 Hasil Analisa XRD Powder NdFeB tipe MQP-B+

  40 Gambar 4.1 Hasil Pengukuran Partikel Serbuk NdFeB Tipe MQP B+

  39 Gambar 3.3 Kurva Histerisis

Gambar 3.2 Difraksi Bidang Atom

  29 Gambar 3.1. Skema Diagram Alir Pembuatan Magnet Permanen Bonded NdFeB 36

  27 Gambar 2.16 Skema Prinsip Kerja SEM

  25 Gambar 2.15 Magnet bonded NdFeB

  24 Gambar 2.14 Magnet Hasil Sintered

  22 Gambar 2.13 Magnet Hasil Coating/Pelapisan

  2 Fe

  Halaman

  19 Gambar 2.12 Struktur kristal Nd

  18 Gambar 2.11 Histeris material magnet (a) Material magnet lunak, (b) Material Magnet keras

  17 Gambar 2.10 Kurva histerisis

  17 Gambar 2.9 Skematik dari densitas flux B vs Kuat medan H untuk diamagnetik, paramagnetik, dan ferromagetik

  16 Gambar 2.8 Struktur domain dalam material ferromagnetic

  15 Gambar 2.7 Orientasi momen magnetik bahan paramagnetik

  14 Gambar 2.6 Momen magnetik material diamagnetik

  11 Gambar 2.5 Arah partikel pada magnet isotropi dan anisoropi

  10 Gambar 2.4 Hukum Ampere

  9 Gambar 2.3 Gambar Elektromagnet dan ilustrasi garis gaya magnet

  8 Gambar 2.2 Arah gaya magnet berdasarkan aturan tangan kanan

  1 Gambar 2.1 Vektor gaya magnet

Gambar 1.1 Perkembangan magnet permanen

  49

Gambar 4.6 (a) Hasil Mikrostruktur Curing Vakum dan Curing Udara pada

  o

  Temperatur 100 C

  51 (b) Hasil Mikrostruktur Curing Vakum dan Curing Udara pada

  o

  Temperatur 200 C

  52 Gambar 4.7 Densitas Fluks Magnet sampel bonded NdFeB dengan efek temperatur curing dalam vakum dan atmosfer (udara)

  53 Gambar 4.8 Grafik Bulk Density sampel bonded NdFeB dengan efek Variasi Holding time pada Temperatur curing vakum dan atmosfer (udara)

  55 Gambar 4.9 (a) Hasil Mikrostruktur Curing Vakum dan Curing Udara pada T = 0,5 jam

  57

  hold

  (b) Hasil Mikrostruktur Curing Vakum dan Curing Udara pada T = 4 jam

  58

  hold

Gambar 4.10 Grafik Densitas Fluks Magnet sampel bonded NdFeB dengan efek

  Variasi Holding time pada Temperatur curing vakum dan atmosfer (udara)

  59

DAFTAR SINGKATAN

  MRI = Magnetic Resonance Imaging) NdFeB = Neodymium Iron Boron

  XRD = X-Ray Difraction PSA = Partikel Size Analyzer

  VSM = Vibrating Sample Magnetometer SEM = Scanning Electron Microscope