Pengaruh Komposisi Polyvinyl Butyral (PVB) Pada Pembuatan Bonded Magnet Terhadap Mikrostruktur, Sifat Fisis dan Magnet
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan akan bahan magnet meningkat dengan pesat dalam beberapa dekade
belakangan ini. Perkembangan yang dramatis di bidang magnet ini terjadi sejak
ditemukannya bahan magnet permanen berbasis logam tanah jarang (rare earth
permanent magnets) seperti NdFeB, RECo, dan REFeB. Saat ini bahan magnet
permanen digunakan secara luas dalam berbagai aplikasi untuk mengubah energi
listrik menjadi energi mekanik atau sebaliknya. Tiga sifat penting yang
menggambarkan kinerja magnet permanen adalah induksi magnetik remanensi
(Br), koersivitas (Hc) dan produk energi maksimum (BHmax) (Yulianti, 2005).
Bahan magnetik logam tanah jarang RE-TM-B (RE = Rare Earth; TM =
Transition Metals B = boron) telah menambah dimensi baru dalam dalam
perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi terutama pada bidang magnet
permanen. Fasa magnetik dari bahan magnetik logam tanah jarang yang masih
menjadi perhatian serius oleh kalangan peneliti sampai dewasa ini adalah
Nd2Fe14B, tidak saja dikarenakan fasamagnetik ini memiliki sifat intrinsik yang
berpotensi menjadi magnet permanen dengan maximum energy product, (BH)max
yang tinggi tetapi juga dikarenakan lebih dari 80 % fasa magnetik ini dibangun
dari atom Fe yang ketersediaan materialnya di bumi melimpah dan dapat
diperoleh dengan mudah dan harga yang murah. Fasa magnetik Nd2Fe14B dengan
demikian menjadi sangat prospektip baik dari aspek ilmiahnya maupun aspek
pengembangan industri. Dibandingkan dengan fasa-fasa magnetik yang telah
dikembangkan sebelumnya seperti Ferit, Alnico, Sm-Co dan lainnya fasa
magnetik Nd2Fe14B memiliki magnetisasi total tertinggi yaitu ~ 1,6 T dan juga
medan anisotropi HA relatif besar ~ 6800 kA/m meskipun dengan suhu Curie
yang tidak terlalu tinggi sebesar ~300oC. Bahan magnet permanen dalam industri
saat ini adalah produk teknologi yang banyak pemakaian dan pemanfaatannya,
misalnya pada motor, generator, aktuator, loudspeaker dan mikropon. Kualitas
bahan magnet permanen dicirikan oleh antara lain besarnya produk energi
Universitas Sumatera Utara
2
maksimum (BH)max yaitu energi yang menunjukkan besarnya densitas energi
magnet yang terkandung pada magnet. Tingginya nilai (BH)max, juga berarti
efisiensi penggunaan volume material magnet yang tidak memerlukan ukuran
yang besar sehingga sepadan dengan kecenderungan teknologi modern dimana
miniaturisasi menjadi prioritas (M. Sagawa, 1984).
Magnet NdFeB adalah material magnet permanen generasi ketiga yang
terbuat dari tanah jarang yang memiliki energi produk yang besar, sudah menjadi
bagian yang penting dalam kehidupan sehari-hari manusia. Magnet NdFeB ini
banyak diaplikasikan pada berbagai peralatan seperti motor listrik, speaker, CD
player, oven microwave. Aplikasi lain dari komponen magnet juga banyak
dijumpai pada peralatan intrumentasi, peralatan produksi dan pada laboratorium
penelitian. Akan tetapi kontribusi magnet sering diabaikan karena komponen ini
sudah tertanam di dalam suatu perangkat dan tidak terlihat. Pada kenyataannya
kebutuhan akan komponen ini menjadi sangat beragam tergantung kepada
kegunaan dan fungsi suatu perangkat. Secara umum, kebutuhan akan komponen
magnet dibedakan berdasarkan bentuk, dimensi dan kuat medannya. NdFeB
dikenal sebagai magnet tanah jarang karena komposisi materialnya tersusun dari
unsur-unsur tanah jarang. NdFeB memiliki sifat korosif dan energi produk yang
maksimum (Wanzhong, 2011).
Proses fabrikasi magnet permanen yang telah digunakan pada skala
industri antara lain adalah proses konvensional metalurgi serbuk (Powder
Metallurgy) untuk magnet keramik ferit, Sm-Co, Nd-Fe-B dan proses penuangan
(casting) untuk Alnico dan baja, meskipun masih terdapat beberapa proses
alternatif yang digunakan dalam skala laboratorium untuk tujuan penelitian. Sejak
tahun 1984, proses fabrikasi magnet permanen logam tanah jarang disamping
menggunakan proses konvensional, juga telah diterapkan proses pendinginan
cepat atau rapid solidi fication
yang memiliki kelebihan antara lain dapat
menghasilkan mikrostruktur material dengan skala nanometer (Erfan Handoko,
2005).
Penerapan berbagai teknik dalam proses produksi bonded magnet,
memberikan kemungkinan untuk pemanfaatan berbagai serbuk magnetik dalam
kombinasi dengan bahan polimer yang berbeda sebagai zat pengikat.
Universitas Sumatera Utara
3
Pengembangan teknologi bonded, mengeksplorasi kemungkinan aplikasi dari
berbagai tipe variasi dari serbuk magnet dan matriks polimer, menguji pengaruh
polimer tersebut, misalnya pengaruh terhadap parameter proses, untuk mencapai
kapasitas mekanik dan magnetik yang optimal adalah focus penelitian tentang
bonded magnet beberapa tahun terakhir (Trosic, 2011)
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang diatas, penulis merumuskan beberapa
permasalahan yang dibahas disini diantaranya :
1.
Bagaimana
cara
pembuatan
bonded
magnet
NdFeB
dengan
menggunakan perekat Polyvinyl Butyral (PVB).
2.
Bagaimana pengaruh komposisi Polyvinyl Butyral (PVB) terhadap
sifat fisis dan mikrostruktur pada pembuatan bonded magnet NdFeB.
3.
Bagaimana pengaruh komposisi Polyvinyl Butyral (PVB) terhadap
sifat magnet pada pembuatan bonded magnet NdFeB.
1.3 Batasan Masalah
Adapun yang menjadi batasan masalah pada penelitian ini sebagai berikut :
1.
Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah serbuk magnet
NdFeB type MQP-B sebagai bonded magnet dan serbuk Polyvinyl
Butyral (PVB) sebagai binder atau pengikatnya.
2.
Parameter-parameter yang dianalis pada penelitian ini antara lain :
a.
Pengujian densitas untuk mengetahui densitas material pada bonded
magnet berbasis NdFeB.
b.
Pengujian menggunakan SEM untuk menganalisis mikrostruktur
material dan ukuran partikel pada bonded magnet berbasis NdFeB.
c.
Pengujian dan penganalisis kuat medan magnet (fluks magnet)
menggunakan Gaussmeter pada bonded magnet berbasis NdFeB.
d.
Pengujian VSM untuk mengetahui karakterisasi sifat magnet pada
bonded magnet berbasis NdFeB.
Universitas Sumatera Utara
4
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Menguasai Pembuatan Bonded Magnet NdFeB dengan menggunakan
perekat polyvinyl butyral (PVB).
2. Mengetahui pengaruh komposisi polyvinyl butyral (PVB) terhadap
mikrostruktur, sifat fisis dan magnet.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini antara lain :
1. Menambah pengetahuan tentang pembuatan bonded magnet NdFeB,
setelah penambahan komposisi binder Polyvinyl Butyral (PVB).
2. Mendapatkan parameter-perameter pada proses pembuatan bonded magnet
NdFeB dengan penambahan resin Polyvinyl butyral (PVB).
3. Produk hasil penelitian tentang pembuatan bonded magnet NdFeB ini
dapat digunakan sebagai bahan dasar industri elektronik, misalnya
pembuatan rotor dan generator listrik.
1.6 Sistematika penulisan
Sistematika penulisan penelitian ini dibuat sesuai urutan bab serta isinya,
secara garis besar dapat diuraikan sebagai berikut :
Bab 1
Pendahuluan
Pada bab ini berisi tentang latar belakang penelitian, batasan
masalah, rumusan masalah, batasan penelitian, tujuan penelitian,
manfaat penelitian dan sistematika penelitian.
Bab 2
Tinjauan Pustaka
Pada bab ini berisi tentang dasar-dasar teori yang menjadi acuan
untuk proses pengambilan data, analisa data serta pembahasan dan
berisi tentang materi-materi pendukung penelitian yang terdiri atas
: Teori magnet secara umum, sifat-sifat kemagnetan bahan dan
klasifikasi material magnet.
Universitas Sumatera Utara
5
Bab 3
Metodologi Percobaan
Pada bab ini berisi tentang tempat penelitian, peralatan dan bahan
penelitian yang digunakan, diagram alir penelitian, serta prosedur
kerja yang dilakukan dalam penelitian ini.
Bab 4
Hasil dan Pembahasan
Pada bab ini berisi tentang hasil penelitian berupa hasil pengukuran
sifat fisis magnet bonded (densitas dan struktur mikro) dan hasil
pengujian sifat magnet (kuat medan magnet dan kurva histeresis).
Bab 5
Kesimpulan dan Saran
Pada bab ini berisi tentang kesimpulan yang diperoleh dari hasil
penelitian yang dilakukan dan juga saran yang diberikan untuk
kajian penelitian selanjutnya.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan akan bahan magnet meningkat dengan pesat dalam beberapa dekade
belakangan ini. Perkembangan yang dramatis di bidang magnet ini terjadi sejak
ditemukannya bahan magnet permanen berbasis logam tanah jarang (rare earth
permanent magnets) seperti NdFeB, RECo, dan REFeB. Saat ini bahan magnet
permanen digunakan secara luas dalam berbagai aplikasi untuk mengubah energi
listrik menjadi energi mekanik atau sebaliknya. Tiga sifat penting yang
menggambarkan kinerja magnet permanen adalah induksi magnetik remanensi
(Br), koersivitas (Hc) dan produk energi maksimum (BHmax) (Yulianti, 2005).
Bahan magnetik logam tanah jarang RE-TM-B (RE = Rare Earth; TM =
Transition Metals B = boron) telah menambah dimensi baru dalam dalam
perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi terutama pada bidang magnet
permanen. Fasa magnetik dari bahan magnetik logam tanah jarang yang masih
menjadi perhatian serius oleh kalangan peneliti sampai dewasa ini adalah
Nd2Fe14B, tidak saja dikarenakan fasamagnetik ini memiliki sifat intrinsik yang
berpotensi menjadi magnet permanen dengan maximum energy product, (BH)max
yang tinggi tetapi juga dikarenakan lebih dari 80 % fasa magnetik ini dibangun
dari atom Fe yang ketersediaan materialnya di bumi melimpah dan dapat
diperoleh dengan mudah dan harga yang murah. Fasa magnetik Nd2Fe14B dengan
demikian menjadi sangat prospektip baik dari aspek ilmiahnya maupun aspek
pengembangan industri. Dibandingkan dengan fasa-fasa magnetik yang telah
dikembangkan sebelumnya seperti Ferit, Alnico, Sm-Co dan lainnya fasa
magnetik Nd2Fe14B memiliki magnetisasi total tertinggi yaitu ~ 1,6 T dan juga
medan anisotropi HA relatif besar ~ 6800 kA/m meskipun dengan suhu Curie
yang tidak terlalu tinggi sebesar ~300oC. Bahan magnet permanen dalam industri
saat ini adalah produk teknologi yang banyak pemakaian dan pemanfaatannya,
misalnya pada motor, generator, aktuator, loudspeaker dan mikropon. Kualitas
bahan magnet permanen dicirikan oleh antara lain besarnya produk energi
Universitas Sumatera Utara
2
maksimum (BH)max yaitu energi yang menunjukkan besarnya densitas energi
magnet yang terkandung pada magnet. Tingginya nilai (BH)max, juga berarti
efisiensi penggunaan volume material magnet yang tidak memerlukan ukuran
yang besar sehingga sepadan dengan kecenderungan teknologi modern dimana
miniaturisasi menjadi prioritas (M. Sagawa, 1984).
Magnet NdFeB adalah material magnet permanen generasi ketiga yang
terbuat dari tanah jarang yang memiliki energi produk yang besar, sudah menjadi
bagian yang penting dalam kehidupan sehari-hari manusia. Magnet NdFeB ini
banyak diaplikasikan pada berbagai peralatan seperti motor listrik, speaker, CD
player, oven microwave. Aplikasi lain dari komponen magnet juga banyak
dijumpai pada peralatan intrumentasi, peralatan produksi dan pada laboratorium
penelitian. Akan tetapi kontribusi magnet sering diabaikan karena komponen ini
sudah tertanam di dalam suatu perangkat dan tidak terlihat. Pada kenyataannya
kebutuhan akan komponen ini menjadi sangat beragam tergantung kepada
kegunaan dan fungsi suatu perangkat. Secara umum, kebutuhan akan komponen
magnet dibedakan berdasarkan bentuk, dimensi dan kuat medannya. NdFeB
dikenal sebagai magnet tanah jarang karena komposisi materialnya tersusun dari
unsur-unsur tanah jarang. NdFeB memiliki sifat korosif dan energi produk yang
maksimum (Wanzhong, 2011).
Proses fabrikasi magnet permanen yang telah digunakan pada skala
industri antara lain adalah proses konvensional metalurgi serbuk (Powder
Metallurgy) untuk magnet keramik ferit, Sm-Co, Nd-Fe-B dan proses penuangan
(casting) untuk Alnico dan baja, meskipun masih terdapat beberapa proses
alternatif yang digunakan dalam skala laboratorium untuk tujuan penelitian. Sejak
tahun 1984, proses fabrikasi magnet permanen logam tanah jarang disamping
menggunakan proses konvensional, juga telah diterapkan proses pendinginan
cepat atau rapid solidi fication
yang memiliki kelebihan antara lain dapat
menghasilkan mikrostruktur material dengan skala nanometer (Erfan Handoko,
2005).
Penerapan berbagai teknik dalam proses produksi bonded magnet,
memberikan kemungkinan untuk pemanfaatan berbagai serbuk magnetik dalam
kombinasi dengan bahan polimer yang berbeda sebagai zat pengikat.
Universitas Sumatera Utara
3
Pengembangan teknologi bonded, mengeksplorasi kemungkinan aplikasi dari
berbagai tipe variasi dari serbuk magnet dan matriks polimer, menguji pengaruh
polimer tersebut, misalnya pengaruh terhadap parameter proses, untuk mencapai
kapasitas mekanik dan magnetik yang optimal adalah focus penelitian tentang
bonded magnet beberapa tahun terakhir (Trosic, 2011)
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang diatas, penulis merumuskan beberapa
permasalahan yang dibahas disini diantaranya :
1.
Bagaimana
cara
pembuatan
bonded
magnet
NdFeB
dengan
menggunakan perekat Polyvinyl Butyral (PVB).
2.
Bagaimana pengaruh komposisi Polyvinyl Butyral (PVB) terhadap
sifat fisis dan mikrostruktur pada pembuatan bonded magnet NdFeB.
3.
Bagaimana pengaruh komposisi Polyvinyl Butyral (PVB) terhadap
sifat magnet pada pembuatan bonded magnet NdFeB.
1.3 Batasan Masalah
Adapun yang menjadi batasan masalah pada penelitian ini sebagai berikut :
1.
Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah serbuk magnet
NdFeB type MQP-B sebagai bonded magnet dan serbuk Polyvinyl
Butyral (PVB) sebagai binder atau pengikatnya.
2.
Parameter-parameter yang dianalis pada penelitian ini antara lain :
a.
Pengujian densitas untuk mengetahui densitas material pada bonded
magnet berbasis NdFeB.
b.
Pengujian menggunakan SEM untuk menganalisis mikrostruktur
material dan ukuran partikel pada bonded magnet berbasis NdFeB.
c.
Pengujian dan penganalisis kuat medan magnet (fluks magnet)
menggunakan Gaussmeter pada bonded magnet berbasis NdFeB.
d.
Pengujian VSM untuk mengetahui karakterisasi sifat magnet pada
bonded magnet berbasis NdFeB.
Universitas Sumatera Utara
4
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Menguasai Pembuatan Bonded Magnet NdFeB dengan menggunakan
perekat polyvinyl butyral (PVB).
2. Mengetahui pengaruh komposisi polyvinyl butyral (PVB) terhadap
mikrostruktur, sifat fisis dan magnet.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini antara lain :
1. Menambah pengetahuan tentang pembuatan bonded magnet NdFeB,
setelah penambahan komposisi binder Polyvinyl Butyral (PVB).
2. Mendapatkan parameter-perameter pada proses pembuatan bonded magnet
NdFeB dengan penambahan resin Polyvinyl butyral (PVB).
3. Produk hasil penelitian tentang pembuatan bonded magnet NdFeB ini
dapat digunakan sebagai bahan dasar industri elektronik, misalnya
pembuatan rotor dan generator listrik.
1.6 Sistematika penulisan
Sistematika penulisan penelitian ini dibuat sesuai urutan bab serta isinya,
secara garis besar dapat diuraikan sebagai berikut :
Bab 1
Pendahuluan
Pada bab ini berisi tentang latar belakang penelitian, batasan
masalah, rumusan masalah, batasan penelitian, tujuan penelitian,
manfaat penelitian dan sistematika penelitian.
Bab 2
Tinjauan Pustaka
Pada bab ini berisi tentang dasar-dasar teori yang menjadi acuan
untuk proses pengambilan data, analisa data serta pembahasan dan
berisi tentang materi-materi pendukung penelitian yang terdiri atas
: Teori magnet secara umum, sifat-sifat kemagnetan bahan dan
klasifikasi material magnet.
Universitas Sumatera Utara
5
Bab 3
Metodologi Percobaan
Pada bab ini berisi tentang tempat penelitian, peralatan dan bahan
penelitian yang digunakan, diagram alir penelitian, serta prosedur
kerja yang dilakukan dalam penelitian ini.
Bab 4
Hasil dan Pembahasan
Pada bab ini berisi tentang hasil penelitian berupa hasil pengukuran
sifat fisis magnet bonded (densitas dan struktur mikro) dan hasil
pengujian sifat magnet (kuat medan magnet dan kurva histeresis).
Bab 5
Kesimpulan dan Saran
Pada bab ini berisi tentang kesimpulan yang diperoleh dari hasil
penelitian yang dilakukan dan juga saran yang diberikan untuk
kajian penelitian selanjutnya.
Universitas Sumatera Utara