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 BONDEDNdFeB”, 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 NdFeB3 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 Atom29 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 permanen49
Gambar 4.6 (a) Hasil Mikrostruktur Curing Vakum dan Curing Udara padao
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 efekVariasi 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