BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Bahan magnetik digunakan pada peralatan tradisional dan modern. Magnet permanen telah digunakan manusia selama lebih dari 5000 tahun seperti medium perekam pada komputer dan peralatan audio dan video. Dalam mendesain peralatan magnetik, seperti head perekam pada disk drive komputer atau transformator dalam sistem tenaga, kita harus mengetahui besarnya eksitasi yang dibutuhkan untuk mendapatkan kekuatan medan magnet. (L.C.Shen, 2001). 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 remanens (Br), koersivitas (Hc), dan produk energi maksimum(bh max ). (E.Yuliati,2005). Pada awalnya magnet permanen dibuat dari baja keras dan berbagai alloy, misalnya ALNICO dari paduan logam Ni dan Co, kemudian berkembang dibuat dari bahan keramik atau ferit dari oksida-oksida logam misalnya: Feroxdure SrFe 12 O 19 dan hexagonal ferit BaFe 12 O 19. Bahan bahan magnet tersebut memiliki kemampuan menghasilkan (BH)max 3-20 MGOe dan medan magnet koersifnya Hc sekitar 120 270. Kemudian pada tahun dua ribuan negara maju mulai memanfaatkan bahan tanah jarang (Sm, Pd, Nd) sebagai bahan baku magnet permanen, yang kemudian dikenal magnet tanah jarang, misalnya magnet Sm Co dan magnet Nd-Fe-B. Magnet permanen sistem Neodymium Iron Boron (Nd-Fe-B) memiliki keunggulan dibandingkan yang lainnya, yaitu memiliki energi produk maksimum atau (BH)max yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan tipe magnet permanen sebelumnya. (M.Ginting, 2006).
Perkembangan magnet permanen saat ini sangat difokuskan untuk magnet permanen energi tinggi. Salah satu bahan magnet permanen yang dapat menghasilkan energi tinggi tersebut adalah dari jenis Re-Fe-B (Re = Nd, Pr). Magnet permanen berjenis Re-Fe-B ini terbuat dari paduan logam tanah jarang berjenis Neodymium atau Praseodymium, logam Besi, dan Boron dengan fasa magnet Nd 2 Fe 14 B atau Pr 2 Fe 14 B yang memiliki struktur kristal tetragonal. Kelebihan lain dari magnet permanen berbasis Re-Fe-B ini adalah memiliki Induksi magnet saturasi yang tinggi mencapai 1,6 T atau 16 kg, dengan induksi remanensi tertinggi saat ini mencapai 1,53 T atau 15,3 kg dalam bentuk sintered magnet. (C.Kurniawan, 2013). Magnet permanen jenis RE-Fe-B (RE = Nd, Pr) hingga saat ini merupakan jenis magnet permanen yang memiliki kualitas terbaik dengan energi produk yang mencapai 55 MGOe. Namun demikian, selain memiliki sifat magnet terbaik tersebut, magnet berbasis RE-Fe-B tersebut memiliki kekurangan diantaranya adalah temperatur Curie yang rendah dan rentan teroksidasi sehingga mudah terkorosi. Rendahnya ketahanan korosi tersebut disebabkan adanya fasa RE-Rich yang ada di batas butir (grain boundaries) dan merupakan zat aktif yang dapat bereaksi dengan oksigen pada lingkungan yang humid. (C.Kurniawan,2013). Magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB) adalah magnet bumi yang terbuat dari paduan unsur Neodymium, Besi dan Boron untuk membentuk struktur kristal tetragonal Nd 2 Fe 14 B. Dikembangkan pada tahun 1982 oleh General Motors dan Sumitomo Special Metals, magnet NdFeB adalah magnet permanen paling kuat yang dibuat. (Fraden,2010). Magnet permanen Neodymium-Iron-Boron (NdFeB) selalu menarik banyak perhatian sejak ditemukan pada 1980-an karena kinerjanya yang sangat baik. (J.Jin-Yun, 2014). Sehingga teknologi magnet untuk menghasilkan material magnetik dengan kualitas tinggi sangat ditentukan oleh teknologi proses materialnya pula. Untuk itu perlu dilakukan penelitian pembuatan magnet ini karena magnet NdFeB memiliki kelebihan karena memiliki gaya tarik yang sangat tinggi antara kutubnya dan sangat menguntungkan.
Disamping itu, terdapat beberapa keunggulan dari sintered magnet antara lain: produksi energi maksimum untuk ukuran magnet, induksi magnet remanen (Br) kuat, dan densitas yang lebih baik daripada bonded magnet. (Steve,2006). Dalam memenuhi kebutuhan magnet permanen, pada penelitian ini akan dilakukan pembuatan magnet permanen sintered NdFeB dengan metode dry milling dalam keadaan gas inert (gas N 2 ) mengingat bahwa gas inert merupakan gas yang tidak reaktif atau tidak mudah bereaksi sehingga dapat mencegah terjadinya oksidasi dari lingkungan. NdFeB yang digunakan dalam bentuk Raw Material yang belum memiliki sifat magnetik. Proses dry milling dilakukan dengan memvariasikan waktu milling process untuk mendapatkan induksi magnetik (B) tertinggi. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan uraian latar belakang masalah sebelumnya, maka penulis merumuskan beberapa hal yang menjadi masalah dalam penelitian ini, diantaranya: 1. Bagaimana pengaruh variasi waktu terhadap proses milling sampel NdFeB dengan atmosfir gas inert (gas N 2 ). 2. Bagaimana pengaruh waktu maksimal terhadap hasil milling dengan menggunakan metode dry milling. 3. Bagaimana pengaruh metode dry milling terhadap mikrostruktur dan sifat magnet NdFeB setelah proses milling. 1.3 Batasan Masalah Adapun yang menjadi batasan masalah dalam penelitian ini antara lain: 1. Bahan baku NdFeB yang digunakan semula dalam bentuk serpihan kecil (Raw Material ) yang kemudian dimilling menjadi serbuk NdFeB. 2. Gas inert yang digunakan saat proses milling adalah gas Nitrogen (N 2 ). 3. Salah satu variabel utama yang mempengaruhi mikrostruktur dan sifat fisis serta magnetik dari sampel adalah waktu milling. Dalam penelitian ini dilakukan variasi waktu milling yaitu 8 jam, 16 jam, 24 jam dan 48 jam dalam kondisi dry milling menggunakan media atmosfir gas inert.
4. Parameter parameter yang dianalisa antara lain : analisa ukuran partikel serbuk NdFeB menggunakan PSA (Particle Size Analyzer), analisa sifat magnetik sampel NdFeB dengan menggunakan Gaussmeter, Vibrating Sample Magnetometer (VSM) dan Permagraph, analisa struktur kristal serbuk NdFeB dengan menggunakan XRD (X-Ray Diffracometer) dan pengamatan struktur mikro serbuk NdFeB dengan menggunakan SEM (Scanning Electron Microscopy). 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan yang hendak dicapai dalam penelitian ini adalah: 1. Menguasai teknik preparasi serbuk serpihan NdFeB dengan cara dry milling process menggunakan media atmosfir gas N 2. 2. Mengetahui pengaruh variasi waktu milling NdFeB dengan metode dry milling dalam kondisi gas inert terhadap ukuran partikel, mikrostruktur dan sifat magnetiknya. 3. Mengetahui pengaruh suhu heat treatment terhadap kuat medan magnet NdFeB (magnetic flux density). 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini antara lain: 1. Mendapatkan parameter-parameter proses preparasi serbuk NdFeB untuk pembuatan magnet sinter NdFeB. 2. Mengetahui teknologi pembuatan magnet permanen NdFeB secara umum. 3. Mengetahui hubungan antara ukuran partikel dengan sifat magnetik NdFeB. 1.6 Tempat Penelitian Penelitian dilakukan di Laboratorium Magnet, Pusat Penelitian Fisika LIPI Gd.440 Kawasan PUSPIPTEK Serpong, Desa Setu, Kecamatan Setu, Kota Tangerang Selatan, Kode Pos 15310, Provinsi Banten, Indonesia.
1.7 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan pada masing masing bab adalah sebagai berikut: Bab I Pendahuluan Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah yang akan diteliti, tujuan penelitian, manfaat penelitian, tempat penelitian, dan sistematika penulisan. Bab II Tinjauan Pustaka Bab ini akan membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk proses pengambilan data, analisa data, serta pembahasan. Bab III Metodologi Penelitian Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian, diagram alir penelitian, prosedur penelitian, pengujian sampel. Bab IV Hasil dan Pembahasan Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa data yang diperoleh dari penelitian. Bab V Kesimpulan dan Saran Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari penelitian dan memberikan saran untuk penelitian selanjutnya.