Pengaruh Pengkayaan Nd pada Pembuatan Serbuk Bahan Magnet Nd2Fe14B Terhadap Struktur Kristalin, Mikrostruktur dan Sifat Magnet

iii

PENGARUH PENGKAYAAN Nd PADA PEMBUATAN SERBUK
BAHAN MAGNET Nd2Fe14B TERHADAP STRUKTUR
KRISTALIN, MIKROSTRUKTUR
DAN SIFAT MAGNET
SKRIPSI

HANIFAH
120801042

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN

2016

Universitas Sumatera Utara

iv


PENGARUH PENGKAYAAN Nd PADA PEMBUATAN SERBUK
BAHAN MAGNET Nd2Fe14B TERHADAP STRUKTUR
KRISTALIN, MIKROSTRUKTUR
DAN SIFAT MAGNET
SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat
mencapai gelar Sarjana Sains

HANIFAH
120801042

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara


v
PERSETUJUAN

Judul

: Pengaruh pengkayaan Nd pada pembuatan serbuk bahan
magnet Nd2Fe14B terhadap struktur kristalin,
mikrostruktur dan sifat magnet.

Kategori

: Skripsi

Nama

: Hanifah

Nomor Induk Mahasiswa


: 120801042

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. Nenen Rusnaeni M.T

Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc.

NIP: 195804091983032001

NIP: 196506171993031009

Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,

Dr. Marhaposan Situmorang
NIP : 195510301980031003

Universitas Sumatera Utara

vi


PENGARUH PENGKAYAAN Nd PADA PEMBUATAN SERBUK
BAHAN MAGNET Nd2Fe14B TERHADAP STRUKTUR KRISTALIN,
MIKROSTRUKTUR DAN SIFAT MAGNET

OLEH:

Hanifah
NIM: 120801042

Disetujui Oleh:
Komisi Pembimbing

Dr. Nenen Rusnaeni M.T

Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc.

NIP: 195804091983032001

NIP: 196506171993031009


Diketahui Oleh:

Departemen Fisika FMIPA USU

Pusat Penelitian Fisika-LIPI

Ketua,

Kepala,

Dr. Marhaposan Situmorang

Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng.

Universitas Sumatera Utara

vii
NIP: 195510301980031003


NIP: 196204301988031001

PERNYATAAN

PENGARUH PENGKAYAAN Nd PADA PEMBUATAN SERBUK
BAHAN MAGNET Nd2Fe14B TERHADAP STRUKTUR KRISTALIN,
MIKROSTRUKTUR DAN SIFAT MAGNET

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan
dan ringkasan yang masing- masing disebutkan sumbernya.

Medan, Mei 2016

HANIFAH
120801042

Universitas Sumatera Utara


viii

PENGHARGAAN

Syukur alhamdulillah, puji syukur kepada Allah SWT, Tuhan semesta alam yang telah
memberikan rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir.
Salawat beriring salam teruntuk nabi besar Muhammad SAW yang menjadi teladan
dalam menjalani kehidupan. Tugas akhir merupakan salah satu persyaratan untuk
memperoleh gelar sarjana pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara Medan. Untuk memenuhi persyaratan diatas penulis
mengerjakan tugas akhir dengan judul : “PENGARUH PENGKAYAAN Nd PADA
PEMBUATAN SERBUK BAHAN MAGNET Nd2Fe14B TERHADAP STRUKTUR
KRISTALIN, MIKROSTRUKTUR DAN SIFAT MAGNET” Yang dilaksanakan di
Laboratorium Magnet P2F Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, Serpong, Tangerang
Selatan, Banten. Penulis menyadari bahwa selama proses hingga akhir terselesaikannya
penyusunan skripsi ini banyak sekali bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak.
Dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih dan
penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Kedua orangtua saya yang tersayang Ayahanda Novian dan Ibunda Azniarti Hanum,
serta adik tercinta Delvia dan Rahmat Syahputra yang tulus menyayangi penulis dan

tak henti-hentinya memberikan nasehat, doa, serta materi maupun moril.
2. Bapak Dr. Kerista Sebayang M.Sc selaku Dekan Departemen Fisika Fakultas
Matematika dan ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.
3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua Departemen Fisika Fakultas
Matematika dan Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.
4. Bapak Drs. Syahrul Humaidi M.Sc dan Ibu Dr. Nenen Rusnaeni M.T selaku Dosen
pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk membimbing penulis
dalam menyelesaikan skripsi ini.
5. Bapak Dr. Bambang Widyatmoko, M. Eng, selaku Kepala Laboratorium Pusat
Penelitian Fisika P2F-LIPI Serpong.
6. Bapak Ir. Muljadi M.Si, selaku Ketua Tim Riset Magnet di Pusat Penelitian Fisika
P2F-LIPI Serpong.
7. Bapak Dr. Ing. Prijo Sarjono, Bapak Prof. Dr. Masno Ginting, Bapak Prof.
Pardamean, Ibu Nur, selaku pembimbing lapangan yang telah memberikan
bimbingan, waktu dan tenaga kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

Universitas Sumatera Utara

ix
8. Seluruh Staf dosen, Pembantu Dekan, Pegawai Departemen Fisika FMIPA USU

9. Sahabat - sahabat terbaik saya terkhusus Adelia Suryani, Syahardianty, Ariyani, dan
seluruh teman SD, SMP, SMA yang tak henti-hentinya memberikan semangat, doa,
dukungan kepada penulis.
10. Seluruh teman – teman seperjuangan angkatan 2012, Adik-adik angkatan 2013, 2014
dan 2015 Fisika-USU.

Penulis menyadari dalam penulisan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan dan
terdapat banyak kekurangan.Oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya membangun
sangat diharapkan untuk penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata semoga skripsi ini dapat
bermanfaat bagi penulis maupun bagi orang lain yang membacanya.

Tangerang Selatan, Mei 2016

Penulis

Universitas Sumatera Utara

x
PENGARUH PENGKAYAAN Nd PADA PEMBUATAN SERBUK BAHAN
MAGNET Nd2Fe14B TERHADAP STRUKTUR KRISTALIN,

MIKROSTRUKTUR DAN SIFAT MAGNET

ABSTRAK

Pembuatan serbuk magnet Nd2Fe14B sebagai bahan dasar pembuatan magnet
permanen. Proses pembuatan serbuk magnet Nd 2Fe14B dengan pengkayaan Nd
dilakukan dengan mencampurkan serbuk Neodymium (Nd), serbuk Iron (Fe) dan serbuk
Boron (B) dalam keadaan vakum. Perbandingan komposisi serbuk Nd 1,33 gram; Fe
3,62 gram; B 0,05 gram dengan massa total 5 gram kemudian di heat treatment sampai
suhu 720 oC. Setelah dihasilkan Nd2Fe14B lalu divariasi dengan penambahan Nd sebesar
0,3 gram dan 0,7 gram. Lalu di heat treatment sampai suhu 720 oC. Sampel yang telah
dihasilkan, kemudian dilakukan karakterisasi sifat magnet menggunakan VSM, analisis
mikrostruktur menggunakan SEM-EDX dan analisis fasa yang terbentuk menggunakan
XRD. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan Nd 0,7 gram pada serbuk
Nd2Fe14B meningkatkan nilai energi produk (BH-Max). Nilai Mr = 446,5 G, Ms =
3496,01 G, Hc = 261,1 Oe dan BHmax = 17,83 KGOe diperoleh pada penambahan Nd
0,7 gram.

Kata kunci : Magnet Nd2Fe14B, Pengkayaan Nd, dan sifat magnet.

Universitas Sumatera Utara

xi

INFLUENCE OF Nd-rich IN MANUFACTURING MAGNETIC
POWDERS Nd2Fe14B ON CRYSTAL STRUCTRE,
MICROSTRUCTUR, AND MAGNETIC PROPERTIES

ABSTRACT

Manufacturing of magnetic powders Nd2Fe14B as a basic material to produce
permanent magnet. The process in manufacturing magnetic powders Nd2Fe14B with Ndrich was conducted by mixing Neodymium powders (Nd). Iron powders (Fe), and boron
powders (B) in a vacuum. Ratio of composition are Nd 1,33 gram; 3,62 gram; B 0,05
gram with total mass 5 gram and then heat treatment was conducted to 720ºC. The
results are Nd2Fe14B powder and then variation was conducted with addition of Nd 0,3
gram and 0,7 gram. After that, heat treatment was conducted to 720ºC. The samples
were conducted by characterization of magnetic properties using VSM, microstructure
analysis using SEM-EDX and phase analysis using XRD. The result of study shows that
addition of Nd 0,7 gram to Nd2Fe14B increase the value of energy product (BHmax). The
value of Mr = 446,5 G, Ms = 3496,01 G, Hc = 261,1 Oe and BHmax = 17,83 KGOe was
obtained in addition of Nd 0,7 gram.

Keywords : Magnets Nd2 Fe14B, Nd-Rich, magnetic properties.

Universitas Sumatera Utara

xii
DAFTAR ISI

Halaman
Persetujuan

i

Lembar Pengesahan

ii

Pernyataan

iii

Penghargaan

iv

Abstrak

vi

Abstract

vii

Daftar Isi

viii

Daftar Tabel

xi

Daftar Gambar

xii

Daftar lampiran

xiii

BAB 1 PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang

1

1.2. Rumusan Masalah

1

1.3. Batasan Masalah

2

1.4. Tujuan Penelitian

2

1.5. Manfaat Penelitian

2

1.6. Sistematika Penelitian

3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Definisi Magnet Secara Umum

4

2.2. Jenis Bahan Magnet

4

2.2.1. Bahan Diamagnetik

4

2.2.2. Bahan Paramagnetik

5

2.2.3. Bahan Ferromagnetik

6

2.2.4. Bahan Antiferromagnetik

7

2.2.5. Bahan Ferrimagnetik

8

2.3. Teori Magnet
2.3.1. Histeresis Magnet
2.3.2. Suseptibilitas Magnet

8
8
10

Universitas Sumatera Utara

xiii
2.3.3. Magnetisasi

11

2.3.4. Magnet Permanen

12

2.4. Nanomagnetik

12

2.5. Magnet Permanen NdFeB

13

2.5.1. Struktur Kristal NdFeB

13

2.5.2. Sifat Fisis Magnet NdFeB

14

2.5.3. Fasa Nd-Rich

15

2.5.4. Karakterisasi Magbet NdFeB Terhadap Temperatur

15

2.6. Sintering

15

2.7. Karakterisasi

16

2.7.1. VSM (Vibrating Sample Magnetometer)

16

2.7.2. XRD (X-Ray Diffractometer)

17

2.7.2.1. Komponen Dasar XRD

17

2.7.2.2. Prinsip Kerja XRD

18

2.7.3. SEM (Scanning Electron Microscope)

19

2.7.4. EDX (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy)

20

2.7.4.1. Prinsip Kerja SEM-EDX

21

BAB 3 METODOLOGI PERCOBAAN
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian

22

3.1.1. Tempat Penelitian

22

3.1.2. Waktu Penelitian

22

3.2. Bahan dan Alat

22

3.2.1. Bahan

22

3.2.2. Alat

22

3.3. Diagram Alir Penelitian

24

3.4. Prosedur Penelitian

25

3.4.1. Penentuan Komposisi Serbuk

25

3.4.2. Pencampuran Bahan-Bahan

25

3.4.3. Proses Pemanasan dan Variasi Nd

25

3.5. Pengujian

26

3.5.1. Analisa Struktur Kristal Serbuk Magnet NdFeB

26

3.5.2. Karakterisasi Struktur Mikro

26

3.5.3. Karakterisasi Sifat Magnet

27

Universitas Sumatera Utara

xiv

BAB 4 HASIL PENELITIAN
4.1. Karakterisasi Struktur Kristal Serbuk Magnet Nd2Fe14B (XRD) 28
4.2. Karakterisasi Mikrostruktur Serbuk Magnet Nd2Fe14B (SEM) 30
4.3. Karakterisasi Komposisi Serbuk Magnet Nd2Fe14B (EDX)

31

4.4. Karakterisasi Sifat Magnet Nd2Fe14B (VSM)

35

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan

38

5.2. Saran

38

DAFTAR PUSTAKA

39

Universitas Sumatera Utara

xv
DAFTAR TABEL

Halaman
Tabel 2.1. Tabel Perbandingan Bahan Magnet

7

Tabel 2.2

Perbandingan Karakteristik Magnet Permanen

12

Tabel 2.3.

Karakteristik Magnet NdFeB

14

Tabel 4.1. Tabel Ukuran Kristalit

30

Tabel 4.2.

Hasil Pengujian Komposisi Unsur Pada EDX Sampel 1

32

Tabel 4.3.

Hasil Pengujian Komposisi Unsur Pada EDX Sampel 2

33

Tabel 4.4.

Hasil Pengujian Komposisi Unsur Pada EDX Sampel 3

34

Tabel 4.5

Perbandingan weight% dan atomic% Nd pada sampel 1,2,3

35

Tabel 4.6

Data hasil pengujian sifat magnetik sampel 1,2, dan 3

36

Universitas Sumatera Utara

xvi
DAFTAR GAMBAR

Halaman
Gambar 2.1. Arah Domain-Domain Dalam Bahan Paramagnetik Sebelum

5

Diberi Medan Magnet Luar
Gambar 2.2. Arah Domain Dalam Bahan Paramagnetik Setelah Diberi

6

Medan Magnet Luar
Gambar 2.3. Momen Magnetik Dari Sifat Ferromagnetik

7

Gambar 2.4. Arah Domain Dalam Bahan Anti Ferromagnetik

7

Gambar 2.5. Momen Magnet Dari Sifat Ferrimagnetik

8

Gambar 2.6. Kurva Magnetisasi

8

Gambar 2.7. Struktur Kristal Nd2Fe14B

14

Gambar 2.8. Peralatan VSM (Vibrating Sample Magnetometer)

16

Gambar 2.9. Skema Prinsip Dasar SEM

19

Gambar 2.10. Skema EDX (Energy Dispersive X-Ray)

21

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian Pembuatan Serbuk Magnet Nd2Fe14B 24
Gambar 4.1. Pola XRD Nd2Fe14B

28

Gambar 4.2. Hasil Foto Analisis Secondary Electron Sampel Serbuk

31

Magnet NdFeB Pada SEM Dengan Pembesaran 20.000x
Gambar 4.3. Hasil Foto Analisis SEM Pada Sampel 1

32

Gambar 4.4. Grafik Hasil Pengujian EDX Pada Sampel 1

32

Gambar 4.5. Hasil Foto Analisis SEM Pada Sampel 2

33

Gambar 4.6. Grafik Hasil Pengujian EDX Pada Sampel 2

33

Gambar 4.7. Hasil Foto Analisis SEM Pada Sampel 3

34

Gambar 4.8. Grafik Hasil Pengujian EDX Pada Sampel 3

34

Gambar 4.9. Kurva Histeresis Magnet NdFeB Sampel 1,2, dan 3

36

Universitas Sumatera Utara

xvii
DAFTAR LAMPIRAN

Halaman
Lampiran 1 Peralatan dan Bahan Penelitian

41

Lampiran 2 Perhitungan Penentuan Komposisi Serbuk Nd, Fe dan B

43

Lampiran 3 Perhitungan Ukuran Kristal

44

Lampiran 4 Hasil Pengujian SEM

47

Lampiran 5 Hasil Pengujian SEM-EDX

49

Lampiran 6 Hasil Pengujian XRD

52

Lampiran 7 Hasil Pengujian VSM

54

Universitas Sumatera Utara