Pengaruh Waktu Wet Milling Flakes Ndfeb Untuk Pembuatan Bonded Magnet Terhadap Sifat Fisis, Mikrostruktur, Sifat Magnet

5

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengertian Magnet
Magnet adalah logam yang dapat menarik besi atau baja dan memiliki medan
magnet. Asal kata magnet diduga dari kata magnesia yaitu nama suatu daerah di
Asia kecil. Menurut cerita di daerah itu sekitar 4.000 tahun yang lalu telah ditemukan
sejenis batu yang memiliki sifat dapat menarik besi atau baja atau campuran logam
lainnya. Benda yang dapat menarik besi atau baja inilah yang disebut magnet
(Suryatin, 2008).

Magnet dapat dibuat dari bahan besi, baja, dan campuran

logam serta telah banyak dimanfaatkan untuk industri otomotif dan lainnya. Sebuah
magnet terdiri atas magnet-magnet kecil yang memiliki arah yang sama (tersusun
teratur), magnet-magnet kecil ini disebut magnet elementer. Pada logam yang
bukan magnet, magnet elementernya mempunyai arah sembarangan (tidak teratur)
sehingga efeknya saling meniadakan, yang mengakibatkan tidak adanya kutub-kutub
magnet pada ujung logam. Setiap magnet memiliki dua kutub, yaitu: utara dan
selatan. Kutub magnet adalah daerah yang berada pada ujung-ujung magnet dengan

kekuatan magnet yang paling besar berada pada kutub-kutubnya (Afza, 2011).
Benda dapat dibedakan menjadi dua macam berdasarkan sifat kemagnetannya
yaitu benda magnetik dan benda non-magnetik. Benda magnetik adalah benda yang
dapat ditarik oleh magnet, sedangkan benda non-magnetik adalah benda yang tidak
dapat ditarik oleh magnet (Suryatin, 2008). Contoh benda magnetik adalah logam
seperti besi dan baja, namun tidak semua logam dapat ditarik oleh magnet,
sedangkan contoh benda non-magnetik adalah oksigen cair. Satuan intensitas magnet
menurut sistem metrik Satuan Internasional (SI) adalah Tesla dan SI unit untuk total
fluks magnetik adalah weber (1 weber/m2= 1 tesla) yang mempengaruhi luasan satu
meter persegi (Afza, 2011).
2.2 Medan Magnet
Medan magnet adalah daerah di sekitar magnet yang masih merasakan
adanya gaya magnet. Jika sebatang magnet diletakkan dalam suatu ruang, maka
terjadi perubahan dalam ruangan ini karena setiap titik dalam ruangan tersebut akan

Universitas Sumatera Utara

6

terdapat medan magnetik. Arah medan magnetik suatu ruangan didefinisikan sebagai

arah yang ditunjukkan oleh kutub utara jarum kompas yang diletakkan di sekitar
medan magnet tersebut (Afza, 2011).

2.3 Bahan Magnetik
Bahan magnetik adalah suatu bahan yang memiliki sifat kemagnetan dalam
komponen pembentuknya. Berdasarkan perilaku molekulnya di dalam Medan
magnetik

luar,

bahan

magnetik

terdiri

dari:

Diamagnetik,

Paramagnetik,

Feromagnetik, Anti Ferromagnetik dan Ferrimagnetik.
2.4 Bahan Diamagnetik
Bahan magnetik dibedakan menjadi tiga macam yaitu diamagnetik,
paramagnetik, dan feromagnetik. Diamagnetik merupakan sifat penolakan terhadap
gaya tarik magnet. Sifat ini disebabkan oleh medan magnet luar dan gerakan elektron
yang mengorbit inti. Elektron-elektron yang membawa muatan akan melakukan gaya
Lorenz pada saat bergerak melewati medan magnet. Efek gaya tarik magnet pada
bahan diamagnetik lebih kecil 100 kali dari paramagnetik dan 1000 kali dari
feromagnetik. Contoh bahan diamagnetik adalah air (Sunaryo dan Widyawidura,
2010).
2.3.1

Bahan Paramagnetik
Bahan paramagnetik adalah bahan yang ditarik lemah oleh magnet. Hal ini

muncul karena elektron seolah-olah berputar (spin) di sekitar sumbunya sambil
mengorbit inti atom yang menyebabkan spin magnetik sebagai tambahan dari
momen orbital magnetiknya. Momen magnetik total sebuah atom diberikan oleh

penjumlahan vektor dari momen-momen elektroniknya. Jika momen magnetik, spin,
dan orbital pada sebuah atom saling menghilangkan, maka atom tersebut memiliki
momen magnetik 0 yang disebut sifat diamagnetik. Jika penghilangannya hanya
sebagian maka atom akan memiliki momen magnetik permanen yang disebut sifat
paramagnetik. Contoh bahan paramagnetik adalah biotite, pyrite, dan siderite
(Sunaryo dan Widyawidura, 2010). Bahan ini jika diberi medan magnet luar,
elektron-elektronnya akan berusaha sedemikian rupa sehingga resultan medan
magnet atomisnya searah dengan medan magnet luar. Sifat paramagnetik

Universitas Sumatera Utara

7

ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang menjadi terarah oleh medan magnet
luar (Afza, 2011).

Gambar 1. Arah domain bahan paramagnetik sebelum diberi medan magnet luar

Gambar 2. Arah domain bahan paramagnetik setelah diberi medan magnet luar

2.3.2

Bahan Ferromagnetik
Feromagnetik

lebih

kuat

dibandingkan

dengan

diamagnetik

dan

paramagnetik. Sifat ini secara khusus berhubungan dengan unsur besi, nikel, cobalt,
dan mineral-mineral besi oksida. Atom-atom besi akan menghasilkan sebuah momen
magnetik pada empat magneton Bohr karena subkulit 3d yang tidak terisi. Pada kisi

kristal material feromagnetik, atom-atom yang berdekatan akan saling mendekati
dalam waktu yang bersamaan secara tepat sehingga beberapa orbit elektronnya akan
overlapping dan terjadi interaksi yang kuat. Fenomena ini disebut dengan exchange
couping dimana momen-momen magnetic dari sebuah atom di dalam kisi terarahkan
dan memberikan magnetisasi yang kuat (Sunaryo dan Widyawidura, 2010).

2.3.3

Bahan Anti Ferromagnetik
Bahan yang menunjukkan sifat antiferomanetik, momen magnetik atom atau

molekul, biasanya terkait dengan spin elektron yang teratur dalam pola yang reguler

Universitas Sumatera Utara

8

dengan tetangga spin (pada sublattice berbeda) menunjuk ke arah yang berlawanan.
Hal ini seperti ferromagnetik dan ferrimagnetik,suatu bentuk dari keteraturan
magnet. Umumnya, keteraturan antiferromagnetik berada pada suhu yang cukup

rendah, menghilang pada di atas suhu tertentu. Suhu Neel adalah suhu yang
menandai perubahan sifat magnet dari antiferromagnetik ke paramagnetik. Di atas
suhu Neel bahan biasanya bersifat paramagnetik. Pada bahan antiferromagnetik
terjadi peristiwa kopling momen magnetik di antara atom-atom atau ion-ion yang
berdekatan. Peristiwa kopling tersebut menghasilkan terbentuknya orientasi spin
yang anti paralel. Satu set dari ion magnetik secara spontan termagnetisasi di bawah
temperatur kritis (dinamakan temperature Neel).
Temperatur menandai perubahan sifat magnet dari antiferromagnetik ke
paramagnetik. Susceptibilitas bahan anti ferromagnetik adalah kecil dan bernilai
positif. Susceptibilitas bahan ini di atas temperatur Neel juga sama seperti material
paramagnetik, tetapi di bawah temperatur Neel, susceptibilitasnya menurun seiring
menurunnya temperatur. (Matthew,2013).
2.3.4

Bahan Ferrimagnetik
Material Ferrimagnetik seperti ferrit (misalnya Fe3O4) menunjukkan sifat

serupa dengan material ferromagnetik untuk temperatur di bawah harga kritis yang
disebut dengan temperatur Curie, TC. Pada temperatur di atas TC maka material
ferrimagnetik berubah menjadi paramagnetik. Ciri khas material ferrimagnetik

adalah adalah adanya momen dipol yang besarnya tidak sama dan berlawanan arah.
Sifat ini muncul karena atom-atom penyusunnya (A dan B) mempunyai dipole
dengan ukuran yang berbeda dan arahnya berlawanan. Material ini dapat mempunyai
magnetisasi walau dalam keadaan tanpa medan luar sekalipun. Material
ferrimagnetik seperti ferrit biasanya non konduktif dan bebas losses arus.
Ferimagnetik,material yang memiliki susceptibilitas yang besar tergantung
temperatur.

2.4 Klasifikasi Magnet Material
Klasifikasi secara sederhana dari material ferromagnetik berdasarkan
koersivitasnya dapat dibedakan menjadi dua yaitu soft magnetik material dan hard
magnetik material. Untuk material yang mempunyai nilai koersivitas yang tinggi

Universitas Sumatera Utara

9

disebut sebagai hard magnetik material sedangkan untuk material yang mempunyai
nilai koersivitas yang rendah disebut sebagai soft magnetik material.
Untuk hard magnetik material adalah material yang mempunyai nilai

koersivitas di atas 10 kA/m sedangkan untuk soft magnetik material adalah material
yang mempunyai nilai koersivitas di bawah 10 kA/m. (Hasan,2008).

2.4.1 Magnet Permanent
Magnet Permanen adalah suatu bahan yang dapat menghasilkan medan
magnet yang besarnya tetap tanpa adanya pengaruh dari luar atau disebut magnet
alam karena memiliki sifat kemagnetan yang tetap. Jenis magnet permanen yang
diketahui terdapat pada :
1. Magnet Neodymium, merupakan magnet tetap yang paling kuat. Magnet
neodymium ( juga dikenal sebagai NdFeB, NIB, atau magnet Neo),
merupakan sejenis magnet tanah jarang terbuat dari campuran logam
neodymium.
2. Magnet Samarium – Cobalt : salah satu dari dua jenis magnet bumi yang
langka, merupakan magnet permanen yang kuat tebuat dari paduan samarium
cobalt.
3.

Magnet Keramik, misalnya Barium Hexaferrite .

4. Plastic Magnet dan Magnet Alnico

2.4.2 Magnet Permanen NdFeB
Magnet NdFeB adalah jenis magnet permanen rare earth (tanah jarang) yang
memiliki sifat magnet yang baik, seperti pada nilai induksi remanen, koersitifitas,
dan energy produk yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan magnet permanen
lainnya.
`Karakteristik magnet yang dimiliki NdFeB lebih baik bila dibandingkan
dengan magnet permanen lainnya, seperti Ferit, Alnico dan Samarium Cobalt.
BHmax yang dimiliki dapat berkisar antara 30 MGOe sampai dengan 52 MGOe.
Karena memiliki karakteristik magnet yang tinggi, maka dalam aplikasinya magnet
NdFeB memiliki dimensi dan volume yang kecil. Dalam beberapa aplikasi, magnet

Universitas Sumatera Utara

10

ini juga dapat menggantikan penggunaan magnet Samarium Cobalt, khususnya
penggunaan pada suhu kurang dari 80˚ω. (Irasari & Idayanti, 2007)
2.4.3

Unsur pemadu pada Magnet NdFeB
Paduan merupakan dari beberapa unsur pada skala mikrosopik, seperti pada

penyusunan magnet NdFeB juga terdiri dari beberapa unsur pemadu yaitu Nd, Fe, dan
B.
2.4.3.1 Neodymium

Neodymium merupakan salah satu dari unsur tanah jarang yangmemiliki
symbol Nd dan nomor atom 60. Neodymium ditemukan pada tahun 1885 oleh
kimiawan Jerman Carl Auer von Welsbach. Neoymium tidak ditemukan secara alami
dalam bentuk logam, namun dalam bentuk mineral yang merupakan campuran
oksida.Meskipun neodymium digolongkan sebagai unsur "tanah jarang", namun
Neodymium merupakan unsur yang cukup umum, tidak jarang dari kobalt, nikel, dan
tembaga, dan tersebar luas di kerak bumi. Sebagian besar neodymium dunia
ditambang di Cina. Unsur ini termasuk kedalam kelompok unsur lantanida atau
lanthanos.
Unsur – unsur lantanida atau lanthanos dikenal dengan nama fourteen
elements, karena jumlahnya 14 unsur, seperti Cerium (Ce), Praseodymium (Pr),
Neodymium (Nd), Promhetium (Pm), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium
(Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm),
Yterbium (Yb), dan Lutetium (Lu). Unsur ini digunakan dalam keramik untuk warna
glasir, dalam paduan untuk magnet permanen, untuk lensa khusus dengan
praseodymium.Juga untuk menghasilkan terang kaca ungu dan kaca khusus yang
menyaring radiasi inframerah.

Gambar 3. Struktur Atom unsur Neodymium

Universitas Sumatera Utara

11

Tabel 1. Informasi Dasar unsur Neodymium

Nama Unsur

Neodymium

Simbol

Nd

Nomor Atom

60

Massa Atom

144.24 g/mol

Titik Didih

3400.15 K

Titik Lebur

1283.15 K

Struktur Kristal

Hexagonal

Warna

Perak

Konfigurasi elektron

[Xe] 6S24f4

2.4.3.2 Besi (Fe)

Besi adalah logam transisi yang paling banyak dipakai karena relatif
melimpah di alam dan mudah diolah. Biji besi biasanya mengandung hematite
(Fe2O3) yang dikotori oleh pasir (SiO2) sekitar 10 %, serta sedikit senyawa sulfur,
posfor, aluminium dan mangan.(Syukri ,1999). Besi juga diketahui sebagai unsur
yang paling banyak membentuk bumi, yaitu kira-kira 4,7 - 5 % pada kerak bumi.
Kebanyakan besi terdapat dalam batuan dan tanah sebagai oksida besi, seperti oksida
besi magnetit (Fe3O4) mengandung besi 65 %, hematite (Fe2O3) mengandung 60 –
75 % besi, limonet (Fe2O3.H2O) mengandung besi 20 % dan siderit (Fe2CO3). Dari
mineral – mineral bijih besi, magnetit adalah mineral dengan kandungan Fe paling
tinggi, tetapi terdapat dalam julah kecil. Sementara hematite merupakan mineral bijih
utama yang dibutuhkan dalam industry besi. Dalam kehidupan, besi merupakan
logam paling biasa digunakan dari pada logam-logam yang lain. Hal ini disebabkan
karena harga yang murah dan kekuatannya yang baik serta penggunaannya yang
luas.

Gambar 4 Struktur Atom Unsur Besi

Universitas Sumatera Utara

12

Tabel 2 Informasi Dasar Unsur Besi

Nama Unsur

Besi

Simbol

Fe

Nomor Atom

26

Massa Atom

55.845 g/mol

Titik Didih

3134 K

Titik Lebur

1811 K

Struktur Kristal

BCC (Body Centered Cubic)

Warna

Perak Keabu-abuan

Konfigurasi elektron

[Ar] 6d64s2

2.4.3.3 Boron (B)
Boron adalah unsur golongan 13 dengan nomor atom lima. Boron memiliki
sifat

diantara

logam

dan nonlogam

(semimetalik).

Boron

lebih bersifat

semikonduktor daripada sebuah konduktor logam lainnya. Boron juga merupakan
unsur metaloid dan banyak ditemukan dalam bijih borax. Unsur ini Tidak pernah
ditemukan bebas dalam alam.

Gambar 5. Struktur Atom Unsur Boron
Tabel 3 Informasi Dasar Unsur Boron
Nama Unsur

Boron

Simbol

B

Nomor Atom

5

Massa Atom

10.811 g/mol

Titik Didih

4200 K

Universitas Sumatera Utara

13

2.4.4

Titik Lebur

2349 K

Struktur Kristal

Rhombohedral (Trogonal)

Warna

Hitam

Konfigurasi elektron

[He] 2s22p1

Bonded Magnet NdFeB
Bonded magnet merupakan magnet komposit yang dibuat dari serbuk magnet

yang dicampur dengan bahan matriks ( pengikat/binder) yang bersifat non magnet.
Adapun fungsi dari matriks adalah untuk menyatukan butiran serbuk menjadi satu
kesatuan dalam bentuk komposit. Selain itu, bahan matriks sangat berpengaruh
terhadap sifat mekanik, listrik, maupun stabilitas termal dari magnet komposit.
Banyak material magnet kuat juga digunakan untuk membuat magnet komposit,
seperti menggunakan logam atau matriks polimer. Tentunya pemakaian logam lebih
mahal dari pada matriks polimer.
Magnet ini biasanya memainkan peran yang penting dan terus berkembang
diantara magnet permanen komersial yang tersedia saat ini. Pada bonded magnet ini,
serbuk magnet diikat dengan polimer. Biasanya serbuk magnet yang sering
digunakan adalah strontium atau barium ferrit dan neodymium-besi-boron atau
samarium-kobalt. Sedangkan polimer yang digunakan adalah resin, celuna bahkan
logam dengan suhu leleh rendah. (Marlina H.A, 2013).

2.4.5

Karakterisasi Magnet NdFeB Terhadap Temperatur
Magnet NdFeB mudah di demagnetisasi pada temperature tinggi., artinya

sifat kemagnetan NdFeB mudah hilang pada temperature tinggi, tetapi akan
meningkat pada temperature rendah. Pada Tabel diatasdapat dilihat bahwa
temperature operasi maksimum adalah 2000C.
Beberapa cara yang dapat mempengaruhi agar magnet ini dapat digunakan
pada temperatur tinggi yaitu bentuk geometri. Magnet dengan bentuk yang lebih tipis
akan lebih mudah didemagnetisasi dibandingkan dengan bentuk yang lebih tebal.
Bentuk magnet piring datar dan yokes lebih direkomendasikan untuk digunakan pada
temperature tinggi. (Simajuntak,Lia. 2010)

Universitas Sumatera Utara

14

2.4.5

Fabrikasi Magnet NdFeB
Magnet NdFeB biasanya dibuat dengan cara teknologi logam serbuk (powder

metallurgy). Magnet ini dapat dibuat dengan 3 cara yaitu :
1. Teknik sintering, yaitu dengan cara teknologi logam serbuk yaitu dengan
cara milling, dicetak, sintering, surface treatment, magnetisasidan
dihasilkan produk akhir. Magnet yang dihasilkan dengan teknik ini
menghasilkan energi produk (BHmax) yang paling tinggi.
2. Teknik Compression bonded, yaitu dengan cara mencampurkan serbuk
NdFeB dengan

suatu binder/pelumas, dikompaksi

dan kemudian

dipanaskan. Energy produk yang dihasilkan dengan teknik ini lebih rendah
bila dibandingkan dengan cara teknik sintering.
3. Teknik Injetion molding, yaitu dengan cara mencampurkan serbuk NdFeB
dengan suatu binder/pelumas dan kemudian diinjeksi. Energi produk yang
dihasilkan dengan cara teknik ini lebih rendah dibandingkan dengan teknik
sintering dan teknik Compression bonded.( Novrita I, 2006)

2.4.7

Sifat – Sifat Magnet Permanen
Sifat – sifat kemagnetan permanen magnet dipengaruhi oleh kemurnian

bahan, ukuran bulir (grain size), dan orientasi kristal. Parameter kemagnetan juga
dipengaruhi oleh temperatur. Koersivitas dan remenensi akan berkurang apabila
temperaturnya mendekati temperatur curie (Tc) dan akan kehilangan sifat
kemagnetannya (Taufik, 2006).

2.4.7.1 Koersivitas
Induksi suatu bahan dapat dikurangi hingga mencapai nol dengan
memberikan medan magnet luar yang berlawanan sebesar Hc pada bahan itu. Medan
magnet Hc itu disebut koersifitas. Koersifitas sangat tergantung pada keadaan
sampel, yaitu dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti perlakuan panas maupun
deformasi. Seperti halnya dengan remanen, perbedaan pengertian dibuat antara
medan koersif dan koersifitas. Medan koersif adalah kuat medan magnet yang
diperlukan untuk mengurangi magnetisasi atau induksi magnetik sampai mencapai
nol dari nilai sembarang.

Universitas Sumatera Utara

15

Sedangkan koersifitas adalah kuat medan magnetik yang diperlukan untuk
menurunkan magnetisasi atau induksi magnetik sampai nol dari keadaan magnetisasi
jenuh. Koersifitas intrinsik dilambangkan dengan Hci adalah kuat medan magnet
pada saat magnetisasi dikurangi sampai nol. Pada bahan soft magnetic Hc dan Hci
bernilai hampir sama, dan biasanya tidak perlu ada pembedaan diantara keduanya.
Sedang pada bahan hard magnetic terdapat perbedaan nyata antara Hc dan Hci.
Koersifitas (Hc) adalah kuat medan magnet eksternal yang diperlukan untuk
membuat induksi magnetic sampel menjadi nol sedangkan koersifitas intrinsik (Hci)
adalah kuat medan magnetic eksternal yang diperlukan untuk membuat magnetisasi
bahan menjadi nol (Ahmad Y, 2006).

Gambar 6 Perbedaan koersifitas dan koersifitas intrinsik
Koersivitas digunakan untuk membedakan hard magnet atau soft magnet. Semakin
besar gaya koersivitasnya maka semakin keras sifat magnetnya. Bahan dengan
koersivitas tinggi berarti tidak mudah hilang kemagnetannya. Tinggi koersivitas, juga
disebut medan koersif, dari bahan feromagnetik. Koersivitas biasanya diukur dalam
Oersted atau ampere / meter dan dilambangkan Hc (Pooja, 2010).

2.4.7.2 Remanen
Magnetisasi remanen adalah magnetisasi yang masih tersisa ketika medan
magnet luar dikurangi hingga nol atau remanensi terjadi pada saat intensitas medan
magnetik H berharga nol dan medan magnet B menunjukkan harga tertentu. Dalam
penggunaannya, istilah remanen (remanence) dibedakan dengan remanent . Istilah
remanen digunakan untuk menggambarkan keadaan magnetisasi atau induksi yang
tersisa setelah bahan mencapai kejenuhan kemudian medan magnet luar dihilangkan

Universitas Sumatera Utara

16

hingga nol, sedang magnetisasi remanent digunakan untuk menyatakan keadaan
magnetisasi yang tersisa setelah bahan mengalamani magnetisasi pada tingkat
sembarang lalu medan magnet dikurangi hingga nol. Oleh karena itu remanen
menjadi batas atas untuk remanent. Bagaimanapun juga koersivitas sangat
dipengaruhi oleh nilai remanensinya. Oleh karena itu besar nilai remanensi yang
dikombinasikan dengan besar koersivitas pada magnet permanen menjadi sangat
penting (Jiles, 1996).

2.5 Mecahnical Milling
Mechanical Milling atau dipendekkan milling adalah suatu penggilingan
mekanik dengan suatu proses penggilingan bola dimana suatu serbuk yang
ditempatkan dalam suatu wadah penggilingan di giling dengan cara dikenai benturan
bola-bola berenergi tinggi. Proses ini merupakan metode pencampuran yang dapat
menghasilkan prosuk yang sangat homogen. Proses milling disini selain bertujuan
untuk memperoleh campuran yang homogen juga dapat memperoleh partikel
campuran yang realtif lebih kecil sehingga dapat diharapkan sifat magentic dari
bahan NdFeB. (F. Izuni, 2012)
Dalam mekanik milling serbuk akan dicampur dalam suatu chamber
(ruangan) dan dikenai energi tinggi terjadi deformasi yang berulang –ulang sehingga
terjadi partikel – partikel yang lebih kecil dari sebelumnya. Akibat dari tumbukkan
pada tiap tipe dari unsur partikel serbuk akan menghasilkan bentuk yang berbeda
juga, untuk bahan yang ulet, sebelum terjadi fracture akan mnjadi flat atau pipih
terlebih dahulu, sedangkan untuk bahan yang getas akan langsung terjadi fracture
dan menjadi partikel serbuk yang lebih kecil. Saat dua bola bertumbukan berulang
ulang menyebabkan terjadinya penggabungan alloying.(Suryanarayana ,2003).
Proses Milling memiliki dua metode yaitu : Metode Dry Milling dan Metode
Wet Milling. Dalam metode dry milling proses milling untuk menghindari terjadinya
proses oksidasi dilakukan pemberian gas innert seperti argon atau nitogen.
Sedangkan dalam wet milling untuk menghindari terjadinya oksidasi maka selama
proses milling diberi campuran toulene.
Adapun parameter yang memengaruhi proses milling antara lain adalah :

Universitas Sumatera Utara

17

2.5.1 Tipe Milling
Tipe-tipe milling berbeda dari peralatan milling yang digunakan untuk
menghaluskan ukuran partikel serbuk. Perbedaannya terletak pada kapasitasnya,
efisiensi milling, dan kecepatan putar jar milling. Tipe – tipe milling tersebut, antara
lain : Rotary Ball Mill, High Energy Milling, SPEX Shaker Milling, Ball Mill
Planetary Ball Mill, Attritor Mill. Namun pada penelitian ini tipe milling yang
digunakan untuk menghaluskan partikel serbuk NdFeB adalah High Energi Milling.
High energy milling adalah salah satu jenis mesin penggiling yang digunakan
untuk menggiling suatu bahan material menjadi bubuk yang sangat halus. Cara kerja
mesin ini sangat sederhana. Mesin akan memutar wadah yang berisi bola-bola
penghancur untuk menggiling bahan partikel yang akan dibuat menjadi partikel nano.
Konsepnya adalah meningkatkan peluang penghancuran dengan membuat gerakan
bola-bola yang saling berbenturan dalam jumlah yang sangat banyak. Dengan alat ini
waktu penelitian bisa dipangkas, peneliti tidak perlu lagi menunggu sampai berjamjam untuk satu seri eksperimen.
Selain

mempersingkat

waktu

milling,

high

energy

milling

dapat

menghasilkan partikel nano akibat tingginya frekuensi tumbukan. Tingginya
frekuensi tumbukan yang terjadi antara campuran serbuk dengan bola –bola giling
disebabkan karena wadahnya yang berputar dengan kecepatan tinggi. (Nurul T. R.
Agus S , 2007).

2.5.2 Bahan Baku
`

Bahan baku yang digunakan dalam proses penggilingan adalah serbuk.

Ukuran serbuk yang digunakan umumnya berkisar antara 1 mm – 20 mm. Semakin
kecil ukuran partikel yang digunakan, maka proses penggilingan akan semakin
efektif dan efisien. Selain itu serbuk yang digunakan juga harus memiliki kemurnian
yang sangat tinggi. Namun ukuran tidakalah terlalu kritis, asalkan ukuran material itu
haruslah lebih kecil dari ukuran bola grinda. Ini disebabkan karena ukuran partikel
serbuk akan berkurang dan akan mencapai ukuran mikron setelah dimilling beberapa
jam. Selain itu serbuk yang dimilling dengan cairan misalanya dengan toluene dan
dikenal dengan penggilingan basah. Dan telah dilaporkan bahwa kecepatan atmosfir
lebih cepat selama proses penggilingan basah daripada penggilingan kering.

Universitas Sumatera Utara

18

Kerugian dari penggilingan basah adalah meningkatnya kontaminasi serbuk .(C
.Suryanarayana, 2001).

2.5.3 Ball Mill
Fungsi bola gilling dalam proses penggilingan adalah sebgai penghancur
serbuk atau digunakan sebagai pengecil ukuran partikel serbuk NdFeB. Oleh karena
itu, material pembentuk bola giling harus memiliki kekerasan yang tinggi agar tidak
terjadi kontaminasi saat terjadi benturan dan gesekan antara serbuk , bola dan wadah
penggilingan. Ukuran bola yang dapat digunakan dalam prose milling ini bermacam
–macam. Pemilihan ukuran bola bergantung pada ukuran serbuk yang akan dipadu.
Bola yang akan digunakan harus memilki diameter yang lebih besar dibandingkan
dengan diameter serbuknya.
Rasio berat bola serbuk / ball powder ratio (BPR) adalah variabel yang
penting dalam proses milling, rasio berat – serbuk mempunyai pengaruh yang
signifikan terhadap waktu yang dibutuhkan untuk mencapai fasa tertentu dari bubuk
yang dimilling. Semakin tinggi BPR semakin pendek waktu yang dibutuhkan. Hal ini
dikarenakan peningkatan berat bola tumbukkan persatuan waktu meningkat dan
konsekuensinya adalah banyak energi yang ditransfer ke partikel sebuk dan proses
milling berjalan lebih cepat.
2.5.4 Wadah Penggilingan
Wadah penggilingan merupakan media yang akan digunakan untuk menahan
gerakan bola – bola giling dan serbuk ketika proses penggilingan berlangsung.
Akibat yang ditimbulkan dari proses penahan gerak bola –bola giling dan serbuk
tersebut adalah terjadinya benturan antara bola – bola giling, serbuk dan wadah
penggilingan sehingga menyebabkan terjadinya proses penghancuran serbuk. (C.
Suryanarayana , 2001 ).
2.5.5 Kecepatan Milling
Besar kecepatan maksimum tiap tipe milling akan berbeda, ketika perputaran
ball mill semakin cepat, maka energi yang dihasilkan juga akan semakin besar.
Tetapi disamping itu, design dari milling ada pembatasan kecepatan yang harus
dilakukan. Sebagai contoh pada ball mill, meningkatkan kecepatan akan

Universitas Sumatera Utara

19

mengakibatkan bola yang ada di dalam chamber juga akan semakin cepat
pergerakannya, tenaga yang dihasilkan juga besar. Tapi jika kecepatan melebihi
kecepatan kritis maka akan terjadi pinned pada dinding bagian dalam sehingga bola –
bola tidak jatuh sehingga tidak menghasilkan gaya impact yang optimal. Hal ini akan
berpengaruh ke waktu yang dibutuhkan untuk mencapai hasil yang diinginkan.
(Suryanarayana , 2003).
2.5.6 Waktu Milling
Waktu Milling merupakan salah satu parameter yang penting utuk milling
pada serbuk. Pada umumnya waktu dipilih untuk mencapai posisi tepatnya antara
pemisahan dan pengelasan partikel serbuk untuk memudahkan mamadukan logam.
Variasi waktu yang diperlukan tergantung pada tipe milling yang digunakan ,
pengaturan milling, intensitas milling BPR, dan temperatur pada milling. Pada
umumnya dihitung waktu yang diambil untuk mencapai kondisi yang tepat, yaitu
jangka pendek untuk energi milling yang tinggi, dan jangka waktu lama ketika
dengan energi milling yang rendah. Waktu yang dibutuhkan lebih sedikit untuk BPR
dengan nilai – nilai yang tinggi dan waktu yang lama untuk BPR dengan nilai
rendah. (Suryanarayana , 2003).

2.6 Proses Kompaksi
Penekanan adalah salah satu cara untuk memadatkan serbuk menjadi bentuk
yang diinginkan. Terdapat beberapa metode penekanan, diantaranya, penekanan
dingin (cold compaction) dan penekanan panas (hot compaction). Penekanan
terhadap serbuk dilakukan agar serbuk dapat menempel satu dengan lainnya sebelum
ditingkatkan ikatannya dengan proses sintering. Dalam proses pembuatan suatu
paduan dengan metode metalurgi serbuk, terikatnya serbuk sebagai akibat adanya
interlocking antar permukaan, interaksi adesi-kohesi, dan difusi antar permukaan.
Ada 2 macam metode kompaksi, yaitu :
a.Cold Compressing ,yaitu pendekatan dengan temperatur kamar.
Metode ini dipakai apabila bahan yang digunakan mudah teroksidasi.
b.Hot Compressing ,yaitu penekanan dengan temperature diatas temperature kamar.
Metode ini dipakai apabila bahan yang digunakan tidak mudah teroksidasi.

Universitas Sumatera Utara

20

Pada proses kompaksi, gaya gesek yang terjadi antar partikel yang digunakan
dan antar partikel komposit dengan dinding cetakan akan mengakibatkan kerapatan
pada daerah tepi dan bagian tengah tidak merata. Dan untuk menghindari terjadinya
perbedaan kerapatan, maka pada saat kompaksi digunakan pelumas yang bertujuan
untuk mengurangi gesekan antara partikel dan dinding cetakan.

2.7 Karakterisasi

Untuk mengidentifikasi suatu material , maka harus dilakukan karakterisasi
terhadap material tersebut. Sehingga secara fisis material tersebut dapat dibedakan
dengan material lainnya. Oleh karena itu maka dilakukan analisa ukuran partikel
serbuk NdFeB menggunakan PSA,Analisa struktur serbuk magnet NdFeB dengan
XRD, pengamatan mikrostruktur magnet NdFeB menggunakan OM, analisa sifat
magnet pelet magnet NdFeB menggunakan Gaussmeter, Analisa sifat magnetik
bahan dengan menggunakan VSM.

2.7.1 Particle Size Analyzer (PSA)
Ada beberapa cara yang bisa digunakan untuk mengeathuui ukuran suatu
partikel yaitu :
1. Metode Ayakan (Sieve Analyses)
2. Laser Diffraction ( LAS)
3. Metode Sedimentasi
4. Electronical Zone Sensing (EZS)
5. Metode Kromotografi
6. Analisa Gambar (Mikrografi)
7. Ukuran Aerosol submicron dan perhitungan
Sieve analyses (analisis ayakan) dalam dunia farmasi sering kali digunakan
dalam bidang mikromeritik. Yaitu ilmu (bagaimana konektifitas antara kalimat
sebelum dan sesudah) yang mempelajari tentang ilmu dan teknologi partikel kecil.
Metode yang paling umum digunakan adalah analisa gambar (mikrografi). Metode
ini

meliputi

metode

mikroskopi

dan

metode

holografi.

Seiring

dengan

berkembangnya ilmu pengetahuan yang lebih mengarah ke era nanoteknologi, para

Universitas Sumatera Utara

21

peneliti mulai menggunakan Laser Diffraction (LAS). Metode ini dinilai lebih akurat
untuk bila dibandingkan dengan metode analisa gambar maupun metode ayakan
(sieve analyses), terutama untuk sample-sampel dalam orde nanometer maupun
submicron.
Pengukuran partikel dengan menggunakan PSA biasanya menggunakan
metode basah. Metode ini dinilai lebih akurat jika dibandingkan dengan metode
kering ataupun pengukuran partikel dengan metode ayakan dan analisa gambar.
Terutama untuk sampel-sampel dalam orde nanometer dan submicron yang biasanya
memliki kecenderungan aglomerasi yang tinggi. Hal ini dikarenakan partikel
didispersikan ke dalam media sehingga partikel tidak saling beraglomerasi
(menggumpal). Dengan demikian ukuran partikel yang terukur adalah ukuran dari
single particle. Selain itu hasil pengukuran dalam bentuk distribusi, sehingga hasil
pengukuran dapat diasumsikan sudah menggambarkan keseluruhan kondisi sampel.
Beberapa analisa yang dilakukan, antara lain:
1. Menganalisa ukuran partikel.
2. Menganalisa nilai zeta potensial dari suatu larutan sample
3. Mengukur tegangan permukaan dari partikel clay bagi industri kerami dan
sejenisnya. Dimana hal ini akan berpengaruh pada struktur lapisan clay.
Struktur lapisan clay ini sangat berpengaruh pada metode slip casting.
4. Mengetahui zeta potensial coagulant untuk proses coagulasi partikel pengotor
bagi industri WTP (Water Treatment Plant)
5. Mengetahui ukuran partikel tegangan permukaan dari densitas pada emulsi
yang digunakan pada produk-produk industri beverage.
Keunggulan penggunaan Particle Size Analyzer (PSA) untuk mengetahui ukuran
partikel:
1. Lebih akurat. Pengukuran partikel dengan menggunakan PSA lebih akurat jika
dibandingkan dengan pengukuran partikel dengan alat lain seperti XRD ataupun
SEM. Hal ini dikarenakan partikel didispersikan ke dalam media sehingga ukuran
partikel yang terukur adalah ukuran dari single particle.
2. Hasil pengukuran dalam bentuk distribusi, sehingga dapat menggambarkan
keseluruhan kondisi sample.Rentang pengukuran dari 0,6 nanometer hingga 7
mikrometer. (Rusli, 2011).

Universitas Sumatera Utara

22

2.7.2 Densitas
Densitas merupakan ukuran kepadatan dari suatu material atau sering
didefinisikan sebagai perbandingan antara massa (m) dengan volume (v) dalam
hubungannya dapat dituliskan sebagai berikut:

� = densitas (g/cm3)

�=

(1)

m = massa sampel (g)
V = Volume Sampel (cm3)
Densitas bahan merupakan suatu parameter yang dapat memberikan informasi
keadaan fisika dan kimia suatu bahan. ( Firman, 2012)

2.7.3 Uji Difraksi Sinar-X (XRD)
Uji difraksi sinar-X (XRD) dilakukan untuk menentukan fasa yang terbentuk
setelah serbuk mengalami proses kalsinasi. Dari data yang akan dihasilkan dapat
diprediksi ukuran kristal serbuk dengan bantuan software X-powder. Ukuran
kristalin ditentukan berdasarkan pelebaran puncak difraksi sinar-X yang muncul.
Makin lebar puncak difraksi yang dihasilkan maka makin kecil ukuran kristal serbuk.

Gambar 7. Geometri sebuah Difraktometer sinar –X
Ada 3 komponen dasar suatu difraktometer sinar X yaitu:
1. Sumber Sinar X
2. Spesimen (Bahan Uji)
3. Detektor sinar X
Ketiganya terletak pada keliling sebuah lingkaran yang disebut lingkaran
pemfokus. Sudut antara permukaan bidang spesimen dan sumber sinar X adalah

Universitas Sumatera Utara

23

sudut Bragg (Ө). Sudut antara projeksi sumber sinar X dan detektor adalah 2Ө. Atas
dasar ini pola difraksi sinar X yang dihasilkan dengan geometri ini sering dikenal
sebagai penyidikan (scans) Ө- 2Ө (theta-dua theta). Pada geometri Ө-2Ө sumber
sinar X-nya tetap, dan detektor bergerak melalui suatu jangkauan (range) sudut.
Jejari (radius) lingkaran pemfokus tidak konstan tetapi bertambah besar bila
2Өberkurang. Range pengukuran 2Ө biasanya dari 0o hingga sekitar 170o. Pada
eksperimen tidak diperlukan menyidik seluruh sudut tersebut, pemilihan rangenya
tergantung pada struktur kristal material (jika dikenal) dan waktu yang diperlukan
untuk memperoleh pola difraksinya. Geometri Ө - 2Ө umumnya digunakan,
walaupun masih ada geometri yang lain seperti geometri Ө- Ө(theta-theta) dimana
detektor dan sumber sinar-X keduanya bergerak pada bidang vertikal dalam arah
yang berlawanan di atas pusat spesimennya.
Pada beberapa bentuk analisis difraksi sinar-X sampel dapat dimiringkan dan
dirotasikan sekitar suatu sumbu

(psi). Lingkaran difraktometer pada gambar 7

berbeda dari lingkaran pemfokusnya. Lingkaran difraktometer berpusat pada
specimen dan detektor dengan sumber sinar-X keduanya berada pada keliling
lingkarannya. Jejari lingkaran difraktometer adalah tetap. Lingkaran difraktometer
juga dinyatakan sebagai lingkaran goniometer. Goniometer adalah komponen sentral
dari suatu difraktometer sinar-X dan mengandung pemegang sampel (sample
holder). Pada kebanyakan difraktometer serbuk goniometernya adalah vertical (Kim
S, 2013).
2.7.4 Vibrating Sampel Magnetometer (VSM)
a. Vibrating Sampel Magnetometer (VSM)
Vibrating sampel magnetometer merupakan perangkat yang bekerja untuk
menganalisis sifat kemagnetan suatu bahan. Alat ini ditemukan oleh Simon Foner
pada tahun 1955 di Laboratorium Lincoln MIT.
b. Komponen Vibrating Sampel Magnetometer
Vibrating sampel magnetometer mempunyai komponen-komponen tersebut
tersusun membentuk satu set perangkat VSM yang menjalankan fungsinya masingmasing. Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada gambar 8.

Universitas Sumatera Utara

24

Gambar 8. Komponen vibrating sampel magnetometer (VSM).

Berdasarkan gambar 2.8 dapat diuraikan beberapa komponen dari vibrating sampel
magnetometer (VSM), yaitu:
1. Kepala generator: Sebagai tempat melekatnya osilasi sampel yang
dipindahkan oleh transduser piezoelectric.
2. Elektromagnet atau kumparan hemholtz Berfungsi untuk menghasilkan
medan magnet untuk memagnetisasi sampel dan mengubahnya menjadi arus
listrik. Resonansi sampel oleh transduser piezoelectric juga dilairkan
kebagian ini dengan capaian frekuensi sama dengan 75 Hz.
3. Pick-up coil: Berfungsi untuk mengirim sinyal listrik ke amplifier. Sinyal yang
telah diinduksi akan ditransfer oleh pickup coil ke input diferensial dari lock-in
amplifier. Sinyal dari pick-up koil terdeteksi oleh lock-in amplifier diukur
sebagai fungsi dari medan magnet dan memungkinkan kita untuk mendapatkan
loop histeresis dari sampel diperiksa. Untuk osilasi harmonik dari sampel, sinyal
(e) induksi di pick-up coil sebanding dengan amplitudo osilasi (K), frekuensi
osilasi sampel ( ) dan momen magnet (m) dari sampel yang akan diukur pada
vibrating sampel magnetometer (VSM).

4. Sensor hall Digunakan untuk mengubah dan mentransdusi energi dalam
medan magnet menjadi tegangan (voltase) yang akan menghasilkan arus
listrik. Sensor hall juga digunakan untuk mengukur arus tanpa mengganggu
alur

arus

yang ada

pada

konduktor. Pengukuran arus

ini

akan

menghubungkan sensor hall dengan teslameter.

Universitas Sumatera Utara

25

5. Sensor kapasitas Berfungsi memberikan sinyal sebanding dengan amplitudo
osilasi sampel dan persediaan tegangan untuk sistem elektronik yang
menghasilkan sinyal referensi. Selanjutnya sinyal akan diberikan kepada
masukan referensi dari lock-in amplifier. Output konverter digital akan
dikirim ke analog (DAC1out) dan output digital (D1out) dari lock-in akan
mengontrol penguat arus yang mengalir melalui elektromagnet dan
menunjukkan arahnya masing-masing.
Selain itu, VSM juga memiliki beberapa komponen pendukung misalnya teslameter
yang berfungsi untuk mengukur medan magnet berdasarkan sinyal yang di transdusi
oleh sensor hall. Alat pendukung lainnya yaitu voltmeter yang berfungsi untuk
mengukur tegangan listrik yang dikirim oleh pick up koil ke amlpifier VSM (M. Arif,
2013)

2.7.5

Mikrostruktur
Analisa mikro adalah suatu analisa mengenai struktur logam melalui

pembesaran dengan menggunakan mikroskop khusus metalografis. Dengan analisa
mikro struktur, kita dapat mengamati bentuk dan ukuran kristal logam, kerusakan
logam akibat proses deformasi, proses perlakuan panas, dan perbedaan komposisi.
Sifat-sifat logam terutama sifat mekanis dan sifat fisis sangat dipengaruhi oleh
mikrostruktur logam dan paduannya, disamping komposisi kimianya. Struktur mikro
dari logam dapat diubah dengan jalan perlakuan panas ataupun dengan proses
perubahan bentuk (deformasi) dari logam yang akan diuji.
Jebis paling utuma dari mikroskop, dan yang pertama diciptakan, adalah
mikroscop optis. Mikroskop ini merupakan alat optik yang terdiri dari satu atau lebih
lensa yang memproduksi gambar yang diperbesar dari sebuah benda yang diletakkan
di bidang lensa tersebut. Perbesaran mikrokop ini mencapai 1000x.

2.7.6

Kekerasan
Uji kekerasan vickers menggunakan indentor piramida intan yang pada

dasarnya berbentuk bujur sangkar. Besar sudut permukaan piramida intan yang
saling berhadapan adalah 1360. Nilai ini dipilih karena mendekati sebagian besar
nilai perbandingan yang diinginkan antar diameter lekukan dan diameter bola

Universitas Sumatera Utara

26

penumbuk pada uji kekerasan brinell. (Geoege Dieter, 1987). Angka kekerasan
vickers didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan lekukan. Pada
prakteknya, luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diagonal jejak.
Hv dapat ditentukan dari persamaan berikut:
Hv=

=

(2)

Dengan :
P : Gaya tekan yang diberikan (kgf)
D : Panjang digonal identer (mm)
Hv : Kekerasan Vikers (kgf/mm2)
Bentuk indenter vickers dan pengujian vickers ditunjukkan pada Gambar 9 dan 10

Gambar 9. Bentuk Identer Vickers

Gambar 10. Pengujian vickers
Karena jejak yang dibuat dengan penekanan piramida serupa secara
geometris dan tidak terdapat persoalan mengenai ukurannya, maka VHN tidak
bergantung kepada beban. Pada umumnya hal ini dipenuhi, kecuali pada beban yang
sangat ringan. Beban yang biasanya digunakan pada uji vickers berkisar antara 1-120
kg tergantung pada kekerasan logam yang diuji. Hal-hal yang menghalangi
keuntungan pemakaian metode vickers adalah :
1. Uji ini tidak dapat digunakan untuk pengujian rutin karena pengujian ini
sangat lamban.
2. Memerlukan persiapan permukaan benda uji
3. Terdapat pengaruh kesalahan manusia yang besar pada penentuan panjang
diagonalnya.

Universitas Sumatera Utara

27

Keuntungan metode vickers :
I.

Indentor dibuat dari bahan yang cukup keras sehingga dimungkinkan
dilakukan untuk berbagai jenis logam.

II.

Memberikan hasil berupa skala kekerasan yang kontinu dan dapat digunakan
untuk menentukan kekerasan pada material yang sangat lunak.

III.

Dapat dilakukan untuk benda-benda dengan ketebalan yang sangat tipis
sampai 0.006 inchi.

IV.

Harga kekerasan yang didapat dari uji vickers tidak bergantung pada besar
beban identor.( William Calister, 2003)

2.7.7 Flux Density
Flux density adalah jumlah garis gaya tiap satuan luas yang tegak lurus kuat
medan. Flux density dapat dirumuskan sebagai berikut :
=∅

(3)

B = Jumlah sebelumnya magnetik
∅ = Jumlah flux magnet
A = Luas daerah

Hasilnya adalah SI unit untuk flux density adalah weber per meter persegi
(WB/m2) satu weber per meter persegi sama dengan satu tesla (Jiles. D, 1998).
Garis gaya magnet adalah lintasan kutub utara dalam medan magnet atau
garis yang bentuknya demikian hingga kuat medan di tiap titik dinyatakan oleh garis
singgungnya. Garis-garis gaya keluar dari kutub-kutub dan masuk ke kutub selatan.

Gambar 11. Garis Gaya Magnet

Universitas Sumatera Utara