Optimasi Proses Pembuatan Hard-Magnetic Material Berbasis BaFe12O19 dengan Aditif FeMn
OPTIMASI PROSES PEMBUATAN HARD-MAGNETIC
MATERIAL BERBASIS BaFe12O19 DENGAN ADITIF FeMn
SKRIPSI
MARTA MASNIARY NAINGGOLAN
120801034
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
OPTIMASI PROSES PEMBUATAN HARD-MAGNETIC
MATERIAL BERBASIS BaFe12O19 DENGAN ADITIF FeMn
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
MARTA MASNIARY NAINGGOLAN
120801034
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
: Optimasi Proses Pembuatan Hard-Magnetic
Material Berbasis BaFe12O19 dengan Aditif FeMn
Kategori
: Skripsi
Nama
: Marta Masniary Nainggolan
Nomor Induk Mahasiswa
: 120801034
Program studi
: Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, Juli 2016
Disetujui Oleh:
Pembimbing 1,
Pembimbing 2,
(Dr. Kerista Sebayang, MS)
NIP. 195806231986011001
(Prof. Drs. Perdamean Sebayang, M.Si)
NIP. 195501051983031003
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
(Dr. Marhaposan Situmorang)
NIP. 195510301980031003
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
OPTIMASI PROSES PEMBUATAN HARD-MAGNETIC
MATERIAL BERBASIS BaFe12O19 DENGAN ADITIF FeMn
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2016
MARTA MASNIARY NAINGGOLAN
120801034
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus, karena berkat dan
pertolongan-Nya, penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini. Skripsi dengan
judul: “Optimasi Proses Pembuatan Hard-Magnetic Material Berbasis BaFe12O19
dengan Penambahan Aditif FeMn” 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 penulisan hingga terselesaikannya
penyusunan skripsi ini banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai
pihak. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan
yang sebesar-besarnya kepada:
1.
Kedua orang tua penulis tercinta Ayahanda Jonter Nainggolan dan Ibunda
Lamria Simanungkalit yang dengan penuh kasih sayang telah memberikan
nasehat, motivasi, doa dan dorongan materi maupun moril kepada penulis.
Juga kepada kakanda tersayang Martini S Nainggolan, S.Si, Wenlya E
Nainggolan, SE,Ak. CA, Resti J Nainggolan, STP, adinda Ayu R Nainggolan
dan Raja Doli S Nainggolan yang terus menyemangati dan mendoakan
penulis hingga terselesainya penulisan skripsi ini.
2.
Bapak Dr. Kerista Sebayang, M.S selaku Dekan Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara, Medan.
3.
Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua Departemen Fisika, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas sumatera Utara, Medan.
4.
Bapak Dr. Kerista Sebayang, M.S dan Bapak Prof. Drs. Perdamean
Sebayang, M.Si selaku dosen pembimbing, kepada Pak Candra, Ibu Ayu, Pak
Arief Eko, Pak Toto Sudiro, Pak Amat, Bang Anggi, Bang Mardi, serta
kepada seluruh staf dan pegawai PPF LIPI yang telah membantu penulis
dalam penggunaan alat laboratorium dan memberikan kenangan yang tak
terlupakan selama penelitian di PPF LIPI.
5.
Bapak Prof. Masno Ginting, M.Sc dan Ibu serta keluarga, yang telah
memberikan waktu berbagi cerita, semangat, dan bimbingan kepada penulis.
Universitas Sumatera Utara
6.
Bapak Drs. Herli Ginting, MS, Bapak Dr. Kurnia Sembiring, MS, dan Ibu Dr.
Diana Alemin Barus, M.Sc selaku dosen penguji yang telah membimbing dan
memberikan saran dan masukan dalam penulisan skrispsi ini.
7.
Bapak Drs. Kurnia Brahmana, M.S selaku dosen penasehat akademik penulis
selama perkuliahan.
8.
Sahabat “Physics On Fire” (Tania, Santa, Bunda, Sulis, Melpa, Sabeth, Dewi,
Cyndi, Riris, Fitry, Mia, Yani, Eni, Carmel, Mutia, Rina, Sri, Kris, Beta,
Fransisco, Ivan, Roi, Eko, Zefanya, Ivo, Fauzi, Ari, Jekson, Roby, Franki,
Halim, Rudi, Andrianus, Komting, Ali, Frisanto, Mareanus, Karyaman,
Josapat, Kubib, Topoy, Adin, Benget, Sabran, Diego, Dodi, Amar, Eltris,
Wils, Erza, Toby, Taufik, Firman, Rahmat, Kartika, Lyana, Hafsah) yang
telah memberi banyak cerita, kesan dan kenangan selama perkuliahan, juga
kepada teman-teman seperjuangan „kos L48‟ (Santa, Bunda, Sulis, Riris, Mia,
dan Fitry) yang telah berbagi suka dan duka selama penelitian di Serpong.
9.
Keluarga Besar UKM Fotografi USU, terkhusus Angkatan 7 (Fazrin, Vibek,
Nurul, Putri, Yazid, Nofiqbal, Bang Ihsan, Bang Norman, Ilmi dll) yang telah
memberi semangat dan doa untuk penulis menyiapkan skripsi ini.
10. Teman-teman KKN Kelompok 3 Desa Lingga Julu (Ivo, Tante Ines, Mak
Kris, Opung Beta, Kak Putri, Jeni, Indah, Eta, Endang, Zefa, Suya, Heppy,
Dek Dew, dan Jekson) yang senantiasa mendoakan penulis.
11. Bersembilan (Osi, Niken, Oki, Randy, Gatra, Aza, Sitti, dan Isan) teman dari
SMA yang masih menjalin komunikasi dengan baik dan mendoakan penulis.
12. „Ding‟ (Fransisco Purba), tempat berbagi suka dan duka, yang selalu
mendoakan penulis dan memberi semangat layaknya sahabat, saudara dan
juga kekasih.
13. Abang, kakak dan adik-adik Fisika USU serta kepada mereka yang tidak
tersebutkan namanya yang telah mendukung penulis.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan skripsi ini.
Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun.
Kiranya skripsi ini bermanfaat bagi pembaca dan juga dapat menambah khasanah
dunia penelitian terutama bagi pengembangan ilmu pengetahuan di Indonesia.
Universitas Sumatera Utara
OPTIMASI PROSES PEMBUATAN HARD-MAGNETIC
MATERIAL BERBASIS BaFe12O19 DENGAN ADITIF FeMn
ABSTRAK
Telah dilakukan pembuatan magnet dari magnet permanen Barium Heksaferit
(BaFe12O19) dengan penambahan aditif Ferromangan (FeMn) variasi komposisi 3
dan 7 (%wt) menggunakan metode mechanical alloying. Serbuk BaFe12O19 dan
FeMn dimixing menggunakan HEM selama 15 menit (dry milling). Sampel
dicetak dengan tekanan 40kgf/cm2 menggunakan magnetic field press dalam
medan magnet sebesar 3,6 kG. Sampel disinter menggunakan High Temperature
Furnace pada suhu 1100, 1150, 1200 dan 1250oC selama 2 jam. Sampel
dikarakterisasi sifat fisis (bulk density, porositas), analisis mikrostruktur sampel
menggunakan XRD, dan sifat magnet menggunakan VSM. Didapatkan bahwa
pada penambahan aditif 3% wt. FeMn dengan suhu sintering 1200 oC (2 jam)
memiliki sifat fisis dan magnetik tertinggi dimana nilai bulk density sebesar 4,81
g/cm3, porositas sebesar 20%, nilai saturasi 63,49 emu/g, remanensi 31,45 emu/g,
koersivitas 3 kOe, dan BHmax 630 kGOe.
Kata Kunci: BaFe12O19, FeMn, mechanical alloying, sintering
Universitas Sumatera Utara
Process Optimation of Manufacture Hard-Magnetic Material
BaFe12O19 Based with FeMn Aditif
ABSTRACT
Has been done manufacturing of the magnet permanent Barium Hexaferrite
(BaFe12O19) with the addition of additives Ferromanganese (FeMn) variations in
composition 3 and 7 (wt%) using the mechanical alloying method. Powder of
BaFe12O19 and FeMn mixed using HEM for 15 minutes (dry milling). Samples
were pressed with pressure 40kgf/cm2 using a magnetic field press in 3.6 kG
magnetic field. Samples were sintered using the High Temperature Furnace at
1100, 1150, 1200 and 1250oC for 2 hours. Samples were characterized on
physical properties (bulk density, porosity), the microstructure analysis using
XRD and magnetic properties using the VSM. It was found that the additive 3 wt.
% FeMn with 1200oC as the sintering temperature (2 hours) has the highest
magnetic and physical properties where the bulk density at 4.81 g/cm3, porosity at
20%, the saturation at 63.49 emu/g, remanence at 31.45 emu/g, coercivity at 3
kOe, and BHmax = 630 kGOe.
Keywords: BaFe12O19, FeMn, mechanical alloying, sintering
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar Isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar
Daftar Lampiran
BAB 1.
BAB 2.
Halaman
i
ii
iii
v
vi
vii
x
xi
xiv
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1.2 Tujuan Penelitian
1.3 Perumusan Masalah
1.4 Batasan Masalah
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Sistematika Penulisan
1
3
3
3
4
4
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Magnet
2.2 Sifat-sifat Magnet
2.2.1 Koersivitas
2.2.2 Remanen
2.2.3 Saturasi Magnetisasi
2.2.4 Medan Anisotropi
2.2.5 Temperatur Curie (Tc)
2.3 Bahan Magnetik
2.3.1 Bahan Diamagnetik
2.3.2 Bahan Paramagnetik
2.3.3 Bahan Ferromagnetik
2.4 Jenis-jenis Material Magnet
2.4.1 Material Magnetik Keras
2.4.2 Meterial Magnetik Lunak
2.5 Kurva Histeresis
2.6 Energi Produk Maksimum (BH)max
2.7 Barium Heksaferit (BaFe12O19)
2.8 FeMn (ferromangan)
2.9 Metalurgi Serbuk
2.9.1 Pencampuran (Mixing)
2.9.2 Pencetakan (kompaksi)
2.9.3 Sintering
2.9.3.1 Presintering
6
6
6
7
7
7
8
8
8
9
10
11
11
11
12
13
15
16
16
17
17
18
19
Universitas Sumatera Utara
2.9.3.2 Difusi Permukaan
2.9.3.3 Eleminasi Porositas
2.10 Efek Sintering terhadap Sampel
2.11 Karakterisasi Material Magnet
2.11.1 Sifat Fisis
2.11.1.1 Densitas
2.11.1.2 Porositas
2.11.2 Mikrostruktur
2.11.2.1 X-Ray Diffraction (XRD)
2.11.2.2 Optical Microscope (OM)
2.11.3 Uji sifat magnet menggunakan Vibrating Sampel
Magnetometer (VSM)
BAB 3.
BAB 4.
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Peneitian
3.1.1 Tempat Penelitian
3.1.2 Waktu Penelitian
3.2 Alat dan Bahan Penelitian
3.2.1 Alat
3.2.2 Bahan
3.3 Diagram Alir Penelitian
3.4 Prosedur Penelitian
3.4.1 Preparasi Sampel
3.4.2 Milling
3.4.2.1 Dry Milling
3.4.2.2 Wet Milling
3.4.3 Mixing
3.4.4 Kompaksi
3.4.5 Sintering
3.4.6 Magnetisasi
3.4.7 Karakterisasi Sampel Uji
3.4.7.1 Uji Densitas
a. True density
b. Bulk density
c. Porositas
3.4.7.2 Optical Microscope (OM)
3.4.7.3 X-Ray Diffraction (XRD)
3.4.7.4 Vibrating Sample Magnetnometer (VSM)
3.4.7.5 Flux density
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Sifat fisis BaFe12O19 dengan aditif FeMn
4.1.1 Pengujian densitas serbuk (true density)
4.1.2 Pengujian bulk density
4.1.3 Pengujian porositas
4.2 Sruktur mikro BaFe12O19 dengan aditif FeMn
4.2.1 Analisis distribusi partikel menggunakan Optical
Microscope (OM)
19
20
20
21
21
21
22
23
23
24
24
26
26
26
26
26
28
28
29
29
30
30
31
31
31
33
34
34
34
34
35
36
36
37
37
38
39
39
40
41
42
42
Universitas Sumatera Utara
4.3
BAB 5.
4.2.2 Analisis diameter pori sampel BaFe12O19 dengan
aditif FeMn
4.2.3 Analisis X-Ray Diffraction (XRD)
Sifat Magnet BaFe12O19 dengan aditif FeMn
4.3.1 Analisis Vibrating Sample Magnetometer (VSM)
4.3.2 Pengujian flux density
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran
DAFTAR PUSTAKA
46
49
50
50
54
56
56
57
LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
2.1
4.1
4.2
4.3
4.4
Judul
Halaman
Fase Ferit Heksagonal
Data hasil pengujian true density bahan BaFe12O19 – FeMn
Data hasil pengukuran ukuran diameter rata-rata partikel
Data hasil analisis OM sampel BaFe12O19 dengan aditif 3
dan 7%wt. FeMn yang disinter selama 2 jam
Data hasil analisis VSM serbuk dan sampel yang telah disinter
pada suhu 1200oC (2 jam) dari bahan magnet BaFe12O19
dengan aditif 3 dan 7%wt. FeMn
15
39
45
48
53
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
Judul
Halaman
Arah domain-domain dalam bahan paramagnetik sebelum
diberi medan magnet luar
Arah domain dalam bahan paramagnetik setelah diberi
medan magnet luar
Kurva Magnetisasi
Kurva Histeresis
Kurva (BH) Vs µ 0H
Struktur kristal BaFe12O19 dimana ion Ba diwakili dalam
warnahijau, ion Fe warna biru, dan O warna merah
Pengaruh suhu sintering pada (1) Porositas, (2) Densitas,
(3) Tahanan listrik, (4) Kekuatan, dan (5) Ukuran butir
Diagram Alir Penelitian
Alat Planetary Ball Milling (PBM)
HEM (High Energy Milling)
Magnetic Field Press
Skedul sintering pada suhu 1100oC (2 jam)
Magnetizer K-Series
Piknometer
Rangkaian peralatan Archimedes
Vibrating Sample Magnetometer
Gaussmeter
Hubungan pengujian bulk density terhadap suhu sintering dari
bahan magnet BaFe12O19 dengan aditif 3 dan 7 % wt. FeMn
Hubungan porositas terhadap suhu sintering dari bahan
magnet BaFe12O19 dengan aditif 3 dan 7 % wt. FeMn
(a). Foto serbuk BaFe12O19 menggunakan OM dengan
perbesaran 400x
(b). Gambar pengambilan area untuk mengukur diameter
partikel menggunakan software ImageJ
Histogram distribusi partikel serbuk BaFe 12O19
(a). Foto sebuk FeMn menggunakan OM dengan
perbesaran 400x
(b). Gambar pengambilan area untuk mengukur diameter
partikel menggunakan software ImageJ
Histogram distribusi partikel serbuk FeMn
(a). Foto serbuk BaFe12O19 dengan aditif 3%wt. FeMn
menggunakan OM perbesaran 400x
(b). Gambar pengambilan area untuk mengukur diameter
partikel menggunakan software ImageJ
Histogram distribusi partikel serbuk BaFe 12O19 dengan
9
9
11
13
14
15
20
29
30
31
32
33
34
35
35
37
38
40
41
42
42
43
43
43
43
44
44
Universitas Sumatera Utara
4.9
4.10
4.11
4.12
4.13
4.14
4.15
4.16
4.17
4.18
4.19
4.20
4.21
aditif 3%wt. FeMn
(a). Foto serbuk BaFe12O19 dengan aditif 7%wt. FeMn
menggunakan OM perbesaran 400x
(b). Gambar pengambilan area untuk mengukur diameter
partikel menggunakan software ImageJ
Histogram distribusi partikel serbuk BaFe 12O19 dengan
aditif 7%wt. FeMn
Foto sampel BaFe12O19 dengan aditif 3%wt FeMn. yang
disinter pada suhu 1100oC (a). perbesaran 400x
(b). perbesaran 40x
(c). Hasil gambar outline menggunakan software ImageJ
Foto sampel BaFe12O19 dengan aditif 7%wt FeMn. yang
disinter pada suhu 1100oC (a). perbesaran 400x
(b). perbesaran 40x
(c). Hasil gambar outline menggunakan software ImageJ
Foto sampel BaFe12O19 dengan aditif 3%wt FeMn. yang
disinter pada suhu 1150oC (a). perbesaran 400x
(b). perbesaran 40x
(c). Hasil gambar outline menggunakan software ImageJ
Foto sampel BaFe12O19 dengan aditif 7%wt FeMn. yang
disinter pada suhu 1150oC (a). perbesaran 400x
(b). perbesaran 40x
(c). Hasil gambar outline menggunakan software ImageJ
Foto sampel BaFe12O19 dengan aditif 3%wt FeMn. yang
disinter pada suhu 1200oC (a). perbesaran 400x
(b). perbesaran 40x
(c). Hasil gambar outline menggunakan software ImageJ
Foto sampel BaFe12O19 dengan aditif 7%wt FeMn. yang
disinter pada suhu 1200oC (a). perbesaran 400x
(b). perbesaran 40x
(c). Hasil gambar outline menggunakan software ImageJ
Foto sampel BaFe12O19 dengan aditif 3%wt FeMn. yang
disinter pada suhu 1250oC (a). perbesaran 400x
(b). perbesaran 40x
(c). Hasil gambar outline menggunakan software ImageJ
Foto sampel BaFe12O19 dengan aditif 7%wt FeMn. yang
disinter pada suhu 1250oC (a). perbesaran 400x
(b). perbesaran 40x
(c). Hasil gambar outline menggunakan software ImageJ
Pola XRD dari
(a). sampel BaFe12O19 dengan penambahan aditif 7%wt.
FeMn yang disintering pada suhu 1200oC (2 jam)
(b). sampel BaFe12O19 dengan penambahan aditif 3% wt.
FeMn yang disintering pada suhu 1200oC (2 jam)
(c). serbuk BaFe12O19
(d). serbuk FeMn
Kurva Histeresis serbuk BaFe12O19
Kurva Histeresis serbuk BaFe12O19 dengan penambahan
44
44
44
45
46
46
46
46
46
46
46
46
46
47
47
47
47
47
47
47
47
47
47
47
47
48
48
48
49
49
49
49
50
Universitas Sumatera Utara
4.22
4.23
4.24
4.25
4.26
3% wt.FeMn
Kurva Histeresis serbuk BaFe12O19 dengan penambahan
7% wt.FeMn
Kurva Histeresis sampel pelet BaFe12O19 dengan penambahan
3% wt.FeMn yang disinter pada suhu 1200oC
Kurva Histeresis sampel pelet BaFe 12O19 dengan penambahan
7% wt FeMn
Kurva demagnetisasi pada kuadran kedua dari sampel
BaFe12O19 dengan penambahan 7%wt FeMn yang
disinter pada suhu 1200oC (2 jam)
Hubungan flux density terhadap suhu sintering dari bahan
magnet BaFe12O19 dengan aditif 3 dan 7 % wt. FeMn
51
51
52
52
53
55
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lampiran
1
2
3
4
5
6
7
8
Judul
Foto Peralatan dan Bahan Penelitian
Data-Data Hasil Pengukuran Densitas
Data Pengukuran Diameter Partikel Serbuk Menggunakan
Software ImageJ
Data Pengukuran Diameter Pori Sampel Pelet Menggunakan
Software ImageJ
Hasil Pengujian VSM
Hasil Pengujian XRD
Data Hasil Pengukuran Nilai BHmax
Kurva Demagnetisasi (Kuadran Kedua) Sampel
Universitas Sumatera Utara
MATERIAL BERBASIS BaFe12O19 DENGAN ADITIF FeMn
SKRIPSI
MARTA MASNIARY NAINGGOLAN
120801034
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
OPTIMASI PROSES PEMBUATAN HARD-MAGNETIC
MATERIAL BERBASIS BaFe12O19 DENGAN ADITIF FeMn
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
MARTA MASNIARY NAINGGOLAN
120801034
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
: Optimasi Proses Pembuatan Hard-Magnetic
Material Berbasis BaFe12O19 dengan Aditif FeMn
Kategori
: Skripsi
Nama
: Marta Masniary Nainggolan
Nomor Induk Mahasiswa
: 120801034
Program studi
: Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, Juli 2016
Disetujui Oleh:
Pembimbing 1,
Pembimbing 2,
(Dr. Kerista Sebayang, MS)
NIP. 195806231986011001
(Prof. Drs. Perdamean Sebayang, M.Si)
NIP. 195501051983031003
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
(Dr. Marhaposan Situmorang)
NIP. 195510301980031003
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
OPTIMASI PROSES PEMBUATAN HARD-MAGNETIC
MATERIAL BERBASIS BaFe12O19 DENGAN ADITIF FeMn
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2016
MARTA MASNIARY NAINGGOLAN
120801034
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus, karena berkat dan
pertolongan-Nya, penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini. Skripsi dengan
judul: “Optimasi Proses Pembuatan Hard-Magnetic Material Berbasis BaFe12O19
dengan Penambahan Aditif FeMn” 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 penulisan hingga terselesaikannya
penyusunan skripsi ini banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai
pihak. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan
yang sebesar-besarnya kepada:
1.
Kedua orang tua penulis tercinta Ayahanda Jonter Nainggolan dan Ibunda
Lamria Simanungkalit yang dengan penuh kasih sayang telah memberikan
nasehat, motivasi, doa dan dorongan materi maupun moril kepada penulis.
Juga kepada kakanda tersayang Martini S Nainggolan, S.Si, Wenlya E
Nainggolan, SE,Ak. CA, Resti J Nainggolan, STP, adinda Ayu R Nainggolan
dan Raja Doli S Nainggolan yang terus menyemangati dan mendoakan
penulis hingga terselesainya penulisan skripsi ini.
2.
Bapak Dr. Kerista Sebayang, M.S selaku Dekan Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara, Medan.
3.
Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua Departemen Fisika, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas sumatera Utara, Medan.
4.
Bapak Dr. Kerista Sebayang, M.S dan Bapak Prof. Drs. Perdamean
Sebayang, M.Si selaku dosen pembimbing, kepada Pak Candra, Ibu Ayu, Pak
Arief Eko, Pak Toto Sudiro, Pak Amat, Bang Anggi, Bang Mardi, serta
kepada seluruh staf dan pegawai PPF LIPI yang telah membantu penulis
dalam penggunaan alat laboratorium dan memberikan kenangan yang tak
terlupakan selama penelitian di PPF LIPI.
5.
Bapak Prof. Masno Ginting, M.Sc dan Ibu serta keluarga, yang telah
memberikan waktu berbagi cerita, semangat, dan bimbingan kepada penulis.
Universitas Sumatera Utara
6.
Bapak Drs. Herli Ginting, MS, Bapak Dr. Kurnia Sembiring, MS, dan Ibu Dr.
Diana Alemin Barus, M.Sc selaku dosen penguji yang telah membimbing dan
memberikan saran dan masukan dalam penulisan skrispsi ini.
7.
Bapak Drs. Kurnia Brahmana, M.S selaku dosen penasehat akademik penulis
selama perkuliahan.
8.
Sahabat “Physics On Fire” (Tania, Santa, Bunda, Sulis, Melpa, Sabeth, Dewi,
Cyndi, Riris, Fitry, Mia, Yani, Eni, Carmel, Mutia, Rina, Sri, Kris, Beta,
Fransisco, Ivan, Roi, Eko, Zefanya, Ivo, Fauzi, Ari, Jekson, Roby, Franki,
Halim, Rudi, Andrianus, Komting, Ali, Frisanto, Mareanus, Karyaman,
Josapat, Kubib, Topoy, Adin, Benget, Sabran, Diego, Dodi, Amar, Eltris,
Wils, Erza, Toby, Taufik, Firman, Rahmat, Kartika, Lyana, Hafsah) yang
telah memberi banyak cerita, kesan dan kenangan selama perkuliahan, juga
kepada teman-teman seperjuangan „kos L48‟ (Santa, Bunda, Sulis, Riris, Mia,
dan Fitry) yang telah berbagi suka dan duka selama penelitian di Serpong.
9.
Keluarga Besar UKM Fotografi USU, terkhusus Angkatan 7 (Fazrin, Vibek,
Nurul, Putri, Yazid, Nofiqbal, Bang Ihsan, Bang Norman, Ilmi dll) yang telah
memberi semangat dan doa untuk penulis menyiapkan skripsi ini.
10. Teman-teman KKN Kelompok 3 Desa Lingga Julu (Ivo, Tante Ines, Mak
Kris, Opung Beta, Kak Putri, Jeni, Indah, Eta, Endang, Zefa, Suya, Heppy,
Dek Dew, dan Jekson) yang senantiasa mendoakan penulis.
11. Bersembilan (Osi, Niken, Oki, Randy, Gatra, Aza, Sitti, dan Isan) teman dari
SMA yang masih menjalin komunikasi dengan baik dan mendoakan penulis.
12. „Ding‟ (Fransisco Purba), tempat berbagi suka dan duka, yang selalu
mendoakan penulis dan memberi semangat layaknya sahabat, saudara dan
juga kekasih.
13. Abang, kakak dan adik-adik Fisika USU serta kepada mereka yang tidak
tersebutkan namanya yang telah mendukung penulis.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan skripsi ini.
Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun.
Kiranya skripsi ini bermanfaat bagi pembaca dan juga dapat menambah khasanah
dunia penelitian terutama bagi pengembangan ilmu pengetahuan di Indonesia.
Universitas Sumatera Utara
OPTIMASI PROSES PEMBUATAN HARD-MAGNETIC
MATERIAL BERBASIS BaFe12O19 DENGAN ADITIF FeMn
ABSTRAK
Telah dilakukan pembuatan magnet dari magnet permanen Barium Heksaferit
(BaFe12O19) dengan penambahan aditif Ferromangan (FeMn) variasi komposisi 3
dan 7 (%wt) menggunakan metode mechanical alloying. Serbuk BaFe12O19 dan
FeMn dimixing menggunakan HEM selama 15 menit (dry milling). Sampel
dicetak dengan tekanan 40kgf/cm2 menggunakan magnetic field press dalam
medan magnet sebesar 3,6 kG. Sampel disinter menggunakan High Temperature
Furnace pada suhu 1100, 1150, 1200 dan 1250oC selama 2 jam. Sampel
dikarakterisasi sifat fisis (bulk density, porositas), analisis mikrostruktur sampel
menggunakan XRD, dan sifat magnet menggunakan VSM. Didapatkan bahwa
pada penambahan aditif 3% wt. FeMn dengan suhu sintering 1200 oC (2 jam)
memiliki sifat fisis dan magnetik tertinggi dimana nilai bulk density sebesar 4,81
g/cm3, porositas sebesar 20%, nilai saturasi 63,49 emu/g, remanensi 31,45 emu/g,
koersivitas 3 kOe, dan BHmax 630 kGOe.
Kata Kunci: BaFe12O19, FeMn, mechanical alloying, sintering
Universitas Sumatera Utara
Process Optimation of Manufacture Hard-Magnetic Material
BaFe12O19 Based with FeMn Aditif
ABSTRACT
Has been done manufacturing of the magnet permanent Barium Hexaferrite
(BaFe12O19) with the addition of additives Ferromanganese (FeMn) variations in
composition 3 and 7 (wt%) using the mechanical alloying method. Powder of
BaFe12O19 and FeMn mixed using HEM for 15 minutes (dry milling). Samples
were pressed with pressure 40kgf/cm2 using a magnetic field press in 3.6 kG
magnetic field. Samples were sintered using the High Temperature Furnace at
1100, 1150, 1200 and 1250oC for 2 hours. Samples were characterized on
physical properties (bulk density, porosity), the microstructure analysis using
XRD and magnetic properties using the VSM. It was found that the additive 3 wt.
% FeMn with 1200oC as the sintering temperature (2 hours) has the highest
magnetic and physical properties where the bulk density at 4.81 g/cm3, porosity at
20%, the saturation at 63.49 emu/g, remanence at 31.45 emu/g, coercivity at 3
kOe, and BHmax = 630 kGOe.
Keywords: BaFe12O19, FeMn, mechanical alloying, sintering
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar Isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar
Daftar Lampiran
BAB 1.
BAB 2.
Halaman
i
ii
iii
v
vi
vii
x
xi
xiv
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1.2 Tujuan Penelitian
1.3 Perumusan Masalah
1.4 Batasan Masalah
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Sistematika Penulisan
1
3
3
3
4
4
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Magnet
2.2 Sifat-sifat Magnet
2.2.1 Koersivitas
2.2.2 Remanen
2.2.3 Saturasi Magnetisasi
2.2.4 Medan Anisotropi
2.2.5 Temperatur Curie (Tc)
2.3 Bahan Magnetik
2.3.1 Bahan Diamagnetik
2.3.2 Bahan Paramagnetik
2.3.3 Bahan Ferromagnetik
2.4 Jenis-jenis Material Magnet
2.4.1 Material Magnetik Keras
2.4.2 Meterial Magnetik Lunak
2.5 Kurva Histeresis
2.6 Energi Produk Maksimum (BH)max
2.7 Barium Heksaferit (BaFe12O19)
2.8 FeMn (ferromangan)
2.9 Metalurgi Serbuk
2.9.1 Pencampuran (Mixing)
2.9.2 Pencetakan (kompaksi)
2.9.3 Sintering
2.9.3.1 Presintering
6
6
6
7
7
7
8
8
8
9
10
11
11
11
12
13
15
16
16
17
17
18
19
Universitas Sumatera Utara
2.9.3.2 Difusi Permukaan
2.9.3.3 Eleminasi Porositas
2.10 Efek Sintering terhadap Sampel
2.11 Karakterisasi Material Magnet
2.11.1 Sifat Fisis
2.11.1.1 Densitas
2.11.1.2 Porositas
2.11.2 Mikrostruktur
2.11.2.1 X-Ray Diffraction (XRD)
2.11.2.2 Optical Microscope (OM)
2.11.3 Uji sifat magnet menggunakan Vibrating Sampel
Magnetometer (VSM)
BAB 3.
BAB 4.
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Peneitian
3.1.1 Tempat Penelitian
3.1.2 Waktu Penelitian
3.2 Alat dan Bahan Penelitian
3.2.1 Alat
3.2.2 Bahan
3.3 Diagram Alir Penelitian
3.4 Prosedur Penelitian
3.4.1 Preparasi Sampel
3.4.2 Milling
3.4.2.1 Dry Milling
3.4.2.2 Wet Milling
3.4.3 Mixing
3.4.4 Kompaksi
3.4.5 Sintering
3.4.6 Magnetisasi
3.4.7 Karakterisasi Sampel Uji
3.4.7.1 Uji Densitas
a. True density
b. Bulk density
c. Porositas
3.4.7.2 Optical Microscope (OM)
3.4.7.3 X-Ray Diffraction (XRD)
3.4.7.4 Vibrating Sample Magnetnometer (VSM)
3.4.7.5 Flux density
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Sifat fisis BaFe12O19 dengan aditif FeMn
4.1.1 Pengujian densitas serbuk (true density)
4.1.2 Pengujian bulk density
4.1.3 Pengujian porositas
4.2 Sruktur mikro BaFe12O19 dengan aditif FeMn
4.2.1 Analisis distribusi partikel menggunakan Optical
Microscope (OM)
19
20
20
21
21
21
22
23
23
24
24
26
26
26
26
26
28
28
29
29
30
30
31
31
31
33
34
34
34
34
35
36
36
37
37
38
39
39
40
41
42
42
Universitas Sumatera Utara
4.3
BAB 5.
4.2.2 Analisis diameter pori sampel BaFe12O19 dengan
aditif FeMn
4.2.3 Analisis X-Ray Diffraction (XRD)
Sifat Magnet BaFe12O19 dengan aditif FeMn
4.3.1 Analisis Vibrating Sample Magnetometer (VSM)
4.3.2 Pengujian flux density
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran
DAFTAR PUSTAKA
46
49
50
50
54
56
56
57
LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
2.1
4.1
4.2
4.3
4.4
Judul
Halaman
Fase Ferit Heksagonal
Data hasil pengujian true density bahan BaFe12O19 – FeMn
Data hasil pengukuran ukuran diameter rata-rata partikel
Data hasil analisis OM sampel BaFe12O19 dengan aditif 3
dan 7%wt. FeMn yang disinter selama 2 jam
Data hasil analisis VSM serbuk dan sampel yang telah disinter
pada suhu 1200oC (2 jam) dari bahan magnet BaFe12O19
dengan aditif 3 dan 7%wt. FeMn
15
39
45
48
53
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
Judul
Halaman
Arah domain-domain dalam bahan paramagnetik sebelum
diberi medan magnet luar
Arah domain dalam bahan paramagnetik setelah diberi
medan magnet luar
Kurva Magnetisasi
Kurva Histeresis
Kurva (BH) Vs µ 0H
Struktur kristal BaFe12O19 dimana ion Ba diwakili dalam
warnahijau, ion Fe warna biru, dan O warna merah
Pengaruh suhu sintering pada (1) Porositas, (2) Densitas,
(3) Tahanan listrik, (4) Kekuatan, dan (5) Ukuran butir
Diagram Alir Penelitian
Alat Planetary Ball Milling (PBM)
HEM (High Energy Milling)
Magnetic Field Press
Skedul sintering pada suhu 1100oC (2 jam)
Magnetizer K-Series
Piknometer
Rangkaian peralatan Archimedes
Vibrating Sample Magnetometer
Gaussmeter
Hubungan pengujian bulk density terhadap suhu sintering dari
bahan magnet BaFe12O19 dengan aditif 3 dan 7 % wt. FeMn
Hubungan porositas terhadap suhu sintering dari bahan
magnet BaFe12O19 dengan aditif 3 dan 7 % wt. FeMn
(a). Foto serbuk BaFe12O19 menggunakan OM dengan
perbesaran 400x
(b). Gambar pengambilan area untuk mengukur diameter
partikel menggunakan software ImageJ
Histogram distribusi partikel serbuk BaFe 12O19
(a). Foto sebuk FeMn menggunakan OM dengan
perbesaran 400x
(b). Gambar pengambilan area untuk mengukur diameter
partikel menggunakan software ImageJ
Histogram distribusi partikel serbuk FeMn
(a). Foto serbuk BaFe12O19 dengan aditif 3%wt. FeMn
menggunakan OM perbesaran 400x
(b). Gambar pengambilan area untuk mengukur diameter
partikel menggunakan software ImageJ
Histogram distribusi partikel serbuk BaFe 12O19 dengan
9
9
11
13
14
15
20
29
30
31
32
33
34
35
35
37
38
40
41
42
42
43
43
43
43
44
44
Universitas Sumatera Utara
4.9
4.10
4.11
4.12
4.13
4.14
4.15
4.16
4.17
4.18
4.19
4.20
4.21
aditif 3%wt. FeMn
(a). Foto serbuk BaFe12O19 dengan aditif 7%wt. FeMn
menggunakan OM perbesaran 400x
(b). Gambar pengambilan area untuk mengukur diameter
partikel menggunakan software ImageJ
Histogram distribusi partikel serbuk BaFe 12O19 dengan
aditif 7%wt. FeMn
Foto sampel BaFe12O19 dengan aditif 3%wt FeMn. yang
disinter pada suhu 1100oC (a). perbesaran 400x
(b). perbesaran 40x
(c). Hasil gambar outline menggunakan software ImageJ
Foto sampel BaFe12O19 dengan aditif 7%wt FeMn. yang
disinter pada suhu 1100oC (a). perbesaran 400x
(b). perbesaran 40x
(c). Hasil gambar outline menggunakan software ImageJ
Foto sampel BaFe12O19 dengan aditif 3%wt FeMn. yang
disinter pada suhu 1150oC (a). perbesaran 400x
(b). perbesaran 40x
(c). Hasil gambar outline menggunakan software ImageJ
Foto sampel BaFe12O19 dengan aditif 7%wt FeMn. yang
disinter pada suhu 1150oC (a). perbesaran 400x
(b). perbesaran 40x
(c). Hasil gambar outline menggunakan software ImageJ
Foto sampel BaFe12O19 dengan aditif 3%wt FeMn. yang
disinter pada suhu 1200oC (a). perbesaran 400x
(b). perbesaran 40x
(c). Hasil gambar outline menggunakan software ImageJ
Foto sampel BaFe12O19 dengan aditif 7%wt FeMn. yang
disinter pada suhu 1200oC (a). perbesaran 400x
(b). perbesaran 40x
(c). Hasil gambar outline menggunakan software ImageJ
Foto sampel BaFe12O19 dengan aditif 3%wt FeMn. yang
disinter pada suhu 1250oC (a). perbesaran 400x
(b). perbesaran 40x
(c). Hasil gambar outline menggunakan software ImageJ
Foto sampel BaFe12O19 dengan aditif 7%wt FeMn. yang
disinter pada suhu 1250oC (a). perbesaran 400x
(b). perbesaran 40x
(c). Hasil gambar outline menggunakan software ImageJ
Pola XRD dari
(a). sampel BaFe12O19 dengan penambahan aditif 7%wt.
FeMn yang disintering pada suhu 1200oC (2 jam)
(b). sampel BaFe12O19 dengan penambahan aditif 3% wt.
FeMn yang disintering pada suhu 1200oC (2 jam)
(c). serbuk BaFe12O19
(d). serbuk FeMn
Kurva Histeresis serbuk BaFe12O19
Kurva Histeresis serbuk BaFe12O19 dengan penambahan
44
44
44
45
46
46
46
46
46
46
46
46
46
47
47
47
47
47
47
47
47
47
47
47
47
48
48
48
49
49
49
49
50
Universitas Sumatera Utara
4.22
4.23
4.24
4.25
4.26
3% wt.FeMn
Kurva Histeresis serbuk BaFe12O19 dengan penambahan
7% wt.FeMn
Kurva Histeresis sampel pelet BaFe12O19 dengan penambahan
3% wt.FeMn yang disinter pada suhu 1200oC
Kurva Histeresis sampel pelet BaFe 12O19 dengan penambahan
7% wt FeMn
Kurva demagnetisasi pada kuadran kedua dari sampel
BaFe12O19 dengan penambahan 7%wt FeMn yang
disinter pada suhu 1200oC (2 jam)
Hubungan flux density terhadap suhu sintering dari bahan
magnet BaFe12O19 dengan aditif 3 dan 7 % wt. FeMn
51
51
52
52
53
55
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lampiran
1
2
3
4
5
6
7
8
Judul
Foto Peralatan dan Bahan Penelitian
Data-Data Hasil Pengukuran Densitas
Data Pengukuran Diameter Partikel Serbuk Menggunakan
Software ImageJ
Data Pengukuran Diameter Pori Sampel Pelet Menggunakan
Software ImageJ
Hasil Pengujian VSM
Hasil Pengujian XRD
Data Hasil Pengukuran Nilai BHmax
Kurva Demagnetisasi (Kuadran Kedua) Sampel
Universitas Sumatera Utara