PENGARUH KOMPOSISI POLYVINYL BUTIRAL (PVB) PADA PEMBUATAN BONDED MAGNET NdFeB TERHADAP MIKROSTRUKTUR, SIFAT FISIS DAN MAGNET

Transkripsi

1 PENGARUH KOMPOSISI POLYVINYL BUTIRAL (PVB) PADA PEMBUATAN BONDED MAGNET NdFeB TERHADAP MIKROSTRUKTUR, SIFAT FISIS DAN MAGNET SKRIPSI MAREANUS MENDROFA DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

2 PENGARUH KOMPOSISI POLYVINYL BUTIRAL (PVB) PADA PEMBUATAN BONDED MAGNET NdFeB TERHADAP MIKROSTRUKTUR, SIFAT FISIS DAN MAGNET SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains MAREANUS MENDROFA DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

3 PERSETUJUAN Judul : Pengaruh Komposisi Polyvinyl Butyral (PVB) Pada Pembuatan Bonded Magnet Terhadap Mikrostruktur, Sifat Fisis dan Magnet Kategori : Skripsi Nama : Mareanus Mendrofa Nomor Induk Mahasiswa : Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Disetujui di : Medan, Mei 2016 Disetujui Oleh : Departemen Fisika FMIPA USU Ketua, Pembimbing, Dr. Marhaposan Situmorang Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S. NIP: NIP : i

4 LEMBAR PENGESAHAN PENGARUH KOMPOSISI POLYVINYL BUTYRAL (PVB) PADA PEMBUATAN BONDED MAGNET NdFeB TERHADAP MIKROSTRUKTUR, SIFAT FISIS DAN MAGNET OLEH : Mareanus Mendrofa NIM : Disetujui Oleh : Komisi Pembimbing Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S. Ir. Muljadi, M.Sc. NIP : NIP : Diketahui Oleh : Departemen Fisika FMIPA USU Ketua, Pusat Penelitian Fisika-LIPI Kepala, Dr. Marhaposan Situmorang Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng. NIP : NIP : ii

5 PERNYATAAN PENGARUH KOMPOSISI POLYVINYL BUTYRAL (PVB) PADA PEMBUTAN BONDED MAGNET NdFeB TERHADAP MIKROSTRUKTUR, SIFAT FISIS DAN MAGNET SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing- masing disebutkan sumbernya. Medan, Mei 2016 MAREANUS MENDROFA iii

6 PENGHARGAAN Puji dan syukur saya panjatkan kepada Yesus Kristus atas berkat dan kasih setianya yang selalu menyertai dan memberi kemudahan sehingga saya dapat menyelesaikan skripsi ini. Tugas akhir ini merupakan salah satu proses untuk memperoleh gelar sarjana pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Medan. Untuk memenuhi persyaratan tersebut diatas saya mengerjakan tugas akhir dengan judul : PENGARUH KOMPOSISI POLYVINYL BUTYRAL (PVB) PADA PEMBUATAN BONDED MAGNET NdFeB TERHADAP MIKROSTRUKTUR, SIFAT FISIS DAN MAGNET, yang dilaksanakan di laboratorium Magnet P2F LIPI Serpong Tangerang Selatan sesuai dengan waktu yang ditetapkan. Penulis menyadari bahwa selama proses sampai 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. Bapak Dr. Kerista Sebayang, M.S. sebagai Dekan, dan Pembantu Dekan FMIPA USU. 2. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika, dan Drs.Syahrul Humaidi, M.Sc selaku Sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU, Kak Tini, Bang Jo dan Kak Yuspa selaku staf Departemen Fisika, seluruh dosen, staf dan pegawai Departemen Fisika FMIPA USU yang telah membantu dan membimbing dalam menimba ilmu dan menyelesaikan skripsi ini. 3. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S. dan Bapak Ir. Muljadi, M.Si. selaku Dosen pembimbing penulis yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dalam melaksanakan penelitian hingga penyelesaian penulisan skripsi ini, serta kepada Bapak Dr. Ing. Pryio Sandjono, M.Sc, Ibu Dr. Nenen Rusneni, M.T, Bapak Prof. Dr. Masno iv

7 Ginting M.Sc dan Bapak Prof. Drs. Pardamean Sebayang M.Sc, yang telah banyak memberikan banyak masukan dan saran. 4. Keluarga Besar P2F LIPI: Bapak Dr.Bambang Widyatmoko, M.Eng, selaku kepala Laboratorium Pusat Penelitian Fisika P2F-LIPI Serpong. Ibu Ani, Ibu Ester, Bapak Lukman Faris, Bapak satpam dan seluruh staff LIPI yang telah membantu selama melakukan penelitian di P2F LIPI. 5. Yang terkhusus Ayahanda Tercinta Tolona Mendrofa dan Ibunda Gatiria Zebua, kakak Merry Mendrofa, kakak Nima Mendrofa, abang Perry Mendrofa, yang dengan tulus menyayangi, mendidik, mendoakan, dan memberi motivasi baik materi maupun moril yang tak henti-hentinya dalam menyelesaikan skripsi ini. Semoga Tuhan Selalu Memberkati kalian. 6. Kepada teman-teman di Laboratorium Magnetizer LIPI : Karyaman Harto Zebua, M. Taufik, Firman Lamsyah, Hanifah, Devi Handayani Safitri dan Indah Juriani dan kepada teman-teman seperjuangan di LIPI, Marta Masniari Nainggolan, Santa Simajuntak, Tania Christiyanti Lumba Tobing, Melpa Simamora, Elisabet F. Sinaga, Cut Hani Safira, Riris Julita Tambunan, Fitry Silaban, Sulistra Simamora, Mia Aulia Dhika, Giassanistya Fadillah Mrp, Andi Mulia, Mona Sintia, Rahmad Saleh Nst, Lyana Amirani, Risuliniko Saragih dan kepada semua teman-teman stambuk 2012 tanpa disebutkan nama satu persatu yang lagi berusaha memperjuangkan tugas akhirnya. 7. Kepada Bapak Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc selaku kepala laboratorium Fisika Zat Padat/Solar Energi yang banyak memberikan bimbingan, dan kepada abang kakak asisten Fisika Zat Padat : Bang Eman Juliskar H, Kak Lilis Sagita, Kak Tabita Sianipar, Kak Nengsi M. Panjaitan dan Kristiarawati yang banyak memberikan saran dan motivasi selama penyelesaian skripsi ini. 8. Kepada Bang Rius, Bang Julius, Bang A. Fanny, Bang A. Joice, Bang Arjun, Fester, Hiras dan semua kawan-kawan di Club Buala FC yang banyak memberikan motivasi. v

8 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. Medan, Mei 2016 Mareanus Mendrofa vi

9 PENGARUH KOMPOSISI POLYVINYL BUTYRAL (PVB) PADA PEMBUATAN BONDED MAGNET NdFeB TERHADAP MIKROSTRUKTUR, SIFAT FISIS DAN MAGNET ABSTRAK Pembuatan bonded magnet merupakan magnet komposit yang dibuat dari serbuk magnet yang dicampur dengan perekat (binder) yang bersifat non-magnet. Proses pembuatan bonded magnet NdFeB dilakukan dengan mencampurkan serbuk magnet neodymium iron boron (NdFeB) komersil type MQP-B dengan serbuk polyvinyl butyral menggunakan beaker gelas. Perbandingan variasi komposisi serbuk magnet NdFeB dengan binder PVB sebesar (% berat) 98:2, 96:4, 94:6 dan 93:7 dari massa total sampel 8 gram. Setelah pencampuran serbuk, kemudian dicetak dengan menggunakan metode compression moulding dengan tekanan 8 ton selama 20 menit pada suhu pengerasan (curing temperature) C. Sampel yang telah dicetak dilakukan karakterisasi sifat fisis yang meliputi pengukuran densitas, analisis mikrostruktur menggunakan SEM-EDX dan karakterisasi sifat magnet yang meliputi pengukuran kuat medan magnet menggunakan Gaussmeter dan kurva histeresis menggunakan VSM. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan binder PVB pada bonded magnet NdFeB mengakibatkan penurunan densitas dan kuat medan magnet. Perolehan hasil densitas dan kuat medan magnet terbaik pada pembuatan bonded magnet, diperoleh dengan penambahan binder 2 % sebesar 5,66 g/cm 3 dan kuat medan magnet sebesar 1862,4 G. Nilai Mr = 72,86 emu/gram, Ms = 103 emu/g, Hc = 8,490 KOe dan BH max = 5,1 MGOe diperoleh pada penambahan PVB 2 %. Kata kunci : Magnet bonded NdFeB, binder polyvinyl butyral, sifat fisis dan sifat magnet. vii

10 INFLUENCE OF POLYVINYL BUTYRAL (PVB) COMPOSITION IN MANUFACTURING OF BONDED MAGNET NdFeB ON MICROSTRUCTUR, PHYSICAL PROPERTIES AND MAGNETIC ABSTRACT Manufacture of bonded magnet is composite magnet material made by mixing magnetic powder with non-magnetic binder. The process in manufacturing bonded magnet NdFeB made by mixing powder of neodymium iron boron (NdFeB) commercial type MQP-B with a polyvinyl butyral powder using a glass beaker. The comparisons of variation in composing NdFeB magnets powders with a binder of PVB (% weight) are 98:2, 96:4, 94:6 and 93:7 0f 8 grams from total mass of the sample. After mixing the powder, it is molded by using a compression molding method with 8 tons pressure for 20 minutes at curing temperature C. The molded samples are conducted by characterizing the physical properties which include measurement of density, microstructure analysis using SEM-EDX and magnetic properties which include measurement of the magnetic field strength using a gaussmeter and hysteresis curve using VSM. The result of the study shows that the addition of and binder PVB in bonded magnet NdFeB causes a decrease in the density and magnetic field strength. The best result of density and magnetic field in the manufacture of bonded magnets is obtained by the addition of 2 % binder of 5.66 g/cm 3 and strong magnetic field of G. the score of Mr = emu/g, Ms = 103 emu/gram, Hc = KOe and BH max = 5.1 MGOe was obtained on the addition of PVB 2 %. Keywords : Bonded Magnets NdFeB, polyvinyl butyral binder, physical properties and magnetic. viii

11 DAFTAR ISI Persetujuan Lembar Pengesahan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar lampiran Halaman i ii iii iv vii viii ix xi xii xiv BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Sistematika Penelitian 4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Material Magnet Sifat-sifat Magnet Permanen Koersivitas Remanen Sifat Kemagnetan Bahan Kurva Histeresis Energi Produk Maksimum (BH Max ) Magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB) Unsur Pemadu Pada Magnet NdFeB Neodymium (Nd) Besi (Fe) Boron (B) Bonded Magnet NdFeB Fabrikasi Magnet NdFeB Binder Polyvinyl Butyral (PVB) Scanning Electron Microscope (SEM) Prinsip Kerja Scanning Electron Microscope (SEM) 24 ix

12 BAB 3 METODOLOGI PERCOBAAN 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian Tempat Penelitian Waktu Penelitian Bahan dan Alat Bahan Alat Diagram Alir Penelitian Prosedur Penelitian Pencampuran Bahan Baku Proses Kompaksi Magnetisasi Karakterisasi Densitas Struktur Mikro Karakterisasi VSM 30 BAB 4 HASIL PENELITIAN 4.1. Hasil Pengujian Sifat Fisis Pengujian Densitas Pengujian Struktur Mikro Bonded Magnet NdFeB (SEM) Pengujian Komposisi Unsur Bonded Magnet NdFeB (SEM-EDX) Hasil Pengujian Sifat Magnet Kuat Medan Magnet VSM (Vibrating Sample Magnetometer) 43 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Saran 47 DAFTAR PUSTAKA 48 x

13 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1. Magnetic Characteristics Bonded Magnet NdFeB Type MQP-B 15 Tabel 2.2. Susunan Elektron dan Tingkat Oksidasi 16 Tabel 2.3. Mineral-mineral Bijih Besi Bernilai Ekonomis 17 Tabel 4.1. Data Hasil Pengukuran dan Perhitungan Bulk Densitas Bonded Magnet NdFeB dengan Variasi Komposisi Binder 31 Tabel 4.2. Analisis Komposisi Unsur Pada EDX untuk Spektrum 1 pada Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 2 % 35 Tabel 4.3. Analisis Komposisi Unsur Pada EDX untuk Spektrum 2 pada Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 2 % 36 Tabel 4.4. Analisis Komposisi Unsur Pada EDX untuk Spektrum 3 pada Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 2 % 37 Tabel 4.5. Analisis Komposisi Unsur Pada EDX untuk Spektrum 1 pada Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 4 % 39 Tabel 4.6. Analisis Komposisi Unsur Pada EDX untuk Spektrum 2 pada Bonded Magnet NdFeB denganpvb 4 % 40 Tabel 4.7. Analisis Komposisi Unsur Pada EDX untuk Spektrum 3 pada Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 4 % 41 Tabel 4.8. Data Hasil Pengukuran Kuat Medan Magnet pada Sampel Bonded Magnet NdFeB untuk PVB 2 % dan 4 % 42 Tabel 4.9. Data Hasil Pengujian Sifat Magnetik pada Sampel Bonded Magnet NdFeB untuk PVB 2 % dan 4 % 44 xi

14 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Perbedaan Koersifitas dan Koersifitas Intrinsik 8 Gambar 2.2. Arah Domain-domain Dalam Bahan Ferromagnetik Sebelum dan Sesudah diberi Medan Magnet Luar 11 Gambar 2.3. Kurva Histeresis 12 Gambar 2.4. Kurva Induksi Normal 13 Gambar 2.5. Struktur Kristal Boron Dengan Sel Satuan Ikosahedral 18 Gambar 2.6. Struktur Boron 19 Gambar 2.7. Ikatan 3c-2e B-H-B dan B-B-B 19 Gambar 2.8. Stuktur Boron 20 Gambar 2.9. Struktur molekul Polyvinyl Butyral (C 8 H 14 O 2 ) 23 Gambar Prinsip kerja Scanning Electron Mocroscope (SEM) 25 Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian Pembuatan Bonded Magnet NdFeB 28 Gambar 4.1. Grafik Hubungan Antara % Berat Polyvinyl Butyral (PVB) Terhadap Nilai Bulk Densitas Pada Bonded Magnet NdFeB 32 Gambar 4.2. Hasil Foto Analisis Secondary Electron Sampel Pelet Bonded Magnet NdFeB Pada SEM dengan pembesaran 2000 x 33 Gambar 4.3. Hasil Foto Analisis SEM Pada Bonded Magnet NdFeB yang Binder PVB nya 2% dengan Penembakan Pada 3 titik 34 Gambar Hasil Spektrum EDX untuk Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 2 % pada Spektrum 1 35 Gambar Hasil Spektrum EDX untuk Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 2 % pada Spektrum 2 36 Gambar Hasil Spektrum EDX untuk Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 2 % pada Spektrum 3 37 Gambar 4.4. Hasil Foto Analisis SEM Pada Bonded Magnet NdFeB yang Binder PVB nya 4% dengan Penembakan Pada 3 titik 38 Gambar Hasil Spektrum EDX untuk Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 4 % pada Spektrum 1 39 Gambar Hasil Spektrum EDX untuk Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 4 % pada Spektrum 2 40 Gambar Hasil Spektrum EDX untuk Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 4 % pada Spektrum 3 41 Gambar 4.5. Grafik Hubungan Antara % Berat Polyvinyl Butyral (PVB) Terhadap Nilai Kuat Medan Magnet pada Bonded magnet NdFeB 43 Gambar 4.6. Kurva Histeresis Bonded Magnet NdFeB yang Komposisi xii

15 PVB 2 % dan PVB 4 % 44 xiii

16 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1 Peralatan dan Bahan Penelitian 51 Lampiran 2 Perhitungan Densitas Sampel Bonded Magnet NdFeB 53 Lampiran 3 Hasil Pengujian SEM-EDX 56 Lampiran 4 Hasil Pengujian VSM 65 Lampiran 5 Karakteristik Bonded Magnet NdFeB Type MQP 66 xiv