18 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Magnet Secara Umum Magnet adalah suatu benda yang mempunyai medan magnet dan mempunyai gaya tolak menolak dan tarik menarik terhadap benda-benda tertentu. Efek tarik menarik dan tolak menolak pada magnet disebut dengan magnetisme. Kata magnet berasal dari bahasa Yunani yaitu Magnitis Lithos yang berarti batu Magnesian. Magnesian adalah nama sebuah wilayah Yunani pada masa lalu, dimana terdapat batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut. Setiap magnet mempunyai dua kutub yang terletak dibagian ujungujungnya yaitu kutub selatan dan kutub utara. Material magnet adalah salah satu komponen yang banyak digunakan pada peralatan elektronika, telekomunikasi dan otomotif, dan sampai saat ini komponen tersebut sebagian besar masih diimpor. Material magnet dibagi menjadi dua jenis yaitu material magnet lunak dan material magnet keras. Material magnet lunak dapat diaplikasikan pada sirkulator dan pada transformator. Sedangkan, material magnet keras dapat diaplikasikan pada motor DC, kwh meter, meteran air dan lain-lainnya. 2.2 Klasifikasi Material Magnet Berdasarkan sifat medan magnet atomis, bahan dibagi menjadi tiga golongan, yaitu diamagnetik, paramagnetik dan ferromagnetik. Bahan Diamagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom atau molekulnya nol, tetapi orbit dan spinnya tidak nol. Bahan diamagnetik tidak mempunyai momen dipole magnet permanen. Permeabilitas bahan diamagnetik adalah µ < µ 0 dan suseptibilitas magnetiknya χ m < 0 (Halliday and Resnick, 1989). Bahan Paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom atau molekulnya tidak nol, tetapi resultan medan magnet atomis total seluruh atau molekul dalam bahan adalah nol. Hal ini disebabkan karena gerakan atom atau molekul acak, sehingga resultan medan magnet atomis
19 masing-masing atom saling meniadakan. Permeabilitas bahan paramagnetik adalah µ > µ 0 dan suseptibilitas magnetiknya χ m > 0 (Halliday and Resnick, 1989). Bahan ferromagnetik adalah bahan yang mempunyai resultan medan atomis besar (Halliday and Resnick, 1989). Pada bahan ferromagnetik banyak spin elektron tidak berpasangan, misalnya pada atom besi terdapat empat buah spin elektron yang tidak berpasangan. Masing-masing spin elektron yang tidak berpasangan ini akan memberikan medan magnetik, sehingga total medan magnet yang dihasilkan oleh sutu atom lebih besar. Medan magnet dari masing-masing atom dalam bahan ferromagnetik sangat kuat, sehingga interaksi antara atom tetangganya menyebabkan sebagian besar atom akan mensejajarkan diri membentuk kelompok-kelompok. Bahan ferromagnetik jika diberi medan magnet dari luar, maka domain-domain ini akan mensejajarkan diri searah dengan medan magnet luar. Semakin kuat medan magnetnya semakin banyak domain-domain yang mensejajarkan dirinya. Akibatnya medan magnet dalam bahan ferromagnetik akan semakin kuat. Setelah seluruh domain terarahkan, penambahan medan magnet luat tidak memberikan pengaruh apa-apa karena tidak ada lagi domain yang disearahkan. Keadaan ini dinamakan keadaan jenuh atau saturasi. Permeabilitas bahan ferromagnetik adalah µ >>> µ 0 dan suseptibilitas magnetiknya χ m >>> 0. (Cullity Graham, 2009) (a) (b) Gambar 2.1. Pembagian bahan menurut sifat magnet. (a) Paramagnetik (b) Ferromagnetik (Sumber: Rolf E. Hummel, 1998) 2.3 Magnet Permanen Suatu magnet permanen harus mampu menghasilkan densitas fluks, B magnet yang tinggi dari suatu volume magnet tertentu, stabilitas magnetik yang
20 baik terhadap efek temperatur dan waktu, serta memiliki ketahanan yang tinggi terhadap pengaruh demagnetisasi. Pada prinsipnya, suatu kemagnetan permanen haruslah memiliki karakteristik minimal dengan sifat kemagnetan remanen (Br) dan koersivitas intrinsik ( J Hc) serta temperatur curie (Tc) yang tinggi. Pada tahun 1950-an, dikembangkan magnet permanen kelas keramik dengan formula MO(Fe 2 O 3 ) 6 dimana M adalah Barium atau Stronsium yang kemudian dikenal sebagai magnet ferit. Bila dibandingkan dengan magnet Alnico, magnet ferit memiliki energi dan remanen yang lebih rendah tetapi memiliki koersivitas yang jauh lebih tinggi. Pada tahun 1970-an untuk pertama sekali ditemukan magnet kelas logam tanah jarang (rare earth permanent magnets). Fasa magnetik SmCo 5 dan Sm 2 Co 17 memiliki polarisasi total (J s ) dan medan anisotropi (H A ) yang sangat tinggi sehingga berpeluang memiliki remanen dan koersivitas yang tinggi, sebagai keharusan untuk mendapatkan magnet permanen dengan nilai (BH) max yang tinggi. Beberapa sifat kemagnetan dapat dilihat pada tabel 2.1. Tabel 2.1 Sifat kemagnetan intrinsik fasa magnetik dari magnet Fasa Temperatur Curie Polarisasi Medan Energi Produk T C ( ) Total Anisotropi Maksimum J s H A (BH) max (T) (MA. m 1 ) (kj.m -3 ) BaFe 12 O 19 450 0,50 1,10 50 Sr Fe 12 O 19 450 0,48 1,50 46 SmCo 5 720 1,14 20-35 260 Sm 2 Co 17 840 1,25 5,20 312 Nd 2 Fe 14 B 312 1,60 5,40 512 Sumber: Azwar Manaf, 2013 Perkembangan magnet kelas ini mengalami kesulitan dikarenakan harga Co yang sangat mahal seperti ketersediaan unsur Sm yang terbatas dibumi sehingga popularitas magnet ini pada kalangan industri pemakaian menjadi menurun.namun ditahun 1980-an, ditemukan magnet permanen logam tanah jarang baru berbasis fasa magnetik RE 2 Fe 14 B. Unsur RE dapat membentuk fasa
21 RE 2 Fe 14 B yang sangat berpeluang untuk memiliki energi yang paling tinggi. (Azwar Manaf, 2013). 2.4 Kurva Histerisis Sifat-sifat magnet suatu bahan dapat diperlihatkan dalam kurva histerisis yaitu kurva hubungan intensitas magnet (H) terhadap medan magnet (B). Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.2 yaitu kurva histerisis untuk ferromagnetik dan ferrimagnetik. Gambar 2.2. Kurva Histerisis untuk Ferromagnetik dan Ferrimagnetik. Pada dasarnya kurva tersebut mempresentasikan suatu proses magnetisasi dan demagnetisasi oleh suatu medan magnet luar yang digunakan untuk memagnetisasi ditingkatkan dari nol, maka magnetisasi atau polarisasi dari magnet bertambah besar dan mencapai tingkat saturasi pada suatu medan magnet luar tertentu. Dengan melakukan sederetan proses magnetisasi yaitu pada penurunan medan magnet luar menjadi nol dan meneruskannya pada arah yang bertentangan serta meningkatkan besar medan magnet luar pada arah tersebut dan menurunkannya kembali ke nol kemudian membalikkan arah seperti semula. Maka magnetisasi atau polarisasi dari magnet permanen membentuk suatu loop. (Spaldin, 2003) Bahan yang mencapai saturasi untuk harga H rendah disebut dengan magnet lunak, sedangkan bahan yang saturasinya terjadi pada harga H tinggi disebut magnet keras. Sesudah mencapai saturasi ketika intensitas magnet H diperkecil hingga mencapai H = 0, ternyata kurva B tidak melewati jalur kurva semula. Pada harga H = 0, medan magnet atau rapat fluks B mempunyai harga Br
22 0 seperti yang ditunjukkan pada kurva histerisis pada gambar 2.3. Harga Br ini disebut dengan induksi remanen atau remanensi bahan. Gambar. 2.3 Kurva Histerisis Material Magnetik Remanen atau ketertambatan adalah sisa medan magnet B dalam proses magnetisasi pada saat medan magnet H dihilangkan, atau remanensi terjadi pada saat intensitas medan magnetik H berharga nol dan medan magnet B menunjukkan harga tertentu. Pada gambar 2.3 tampak bahwa setelah harga intensitas magnet H = 0 atau dibuat negatif (dengan membalik arus lilitan), kurva B(H) akan memotong sumbu pada harga Hc. Intensitas Hc inilah yang diperlukan untuk membuat rapat fluks B = 0 atau menghilangkan fluks dalam bahan. Intensitas magnet Hc ini disebut koersivitas bahan. 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. Untuk menghilangkan kemagnetannya diperlukan intensitas magnet H yang besar. Bila selanjutnya harga diperbesar pada harga negatif sampai mencapai saturasi dan dikembalikan melalui nol, berbalik arah dan terus diperbesar pada harga H positif hingga saturasi kembali, maka kurva B(H) akan membentuk satu lintasan tertutup yang disebut kurva histeresis. Bahan yang mempunyai koersivitas tinggi kemagnetannya tidak mudah hilang. Bahan seperti itu baik untuk membuat magnet permanen.
23 2.5 Magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB) Secara umum magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB) dikenal sebagai rare earth permanent magnets. Mangnet Neodymium Iron Boron (NdFeB) adalah merupakan paduan yang berasal dari grup Lantanida pada sistem periodik unsur. 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 (Jacob Fraden, 2010). Ada dua cara pembuatan utama magnet neodymium yaitu metalurgi bubuk klasik atau proses magnet sinter, dan solidifikasi cepat atau proses bonded magnet. Magnet NdFeB sintered yang disusun oleh bahan baku yang meleleh dalam tungku, kemudian dituang kedalam cetakan dan didinginkan untuk membentuk batangan. Batangan kemudian ditumbuk dan digiling untuk menjadi partikel kecil. Ini mengalami proses fase cair sintering dimana bubuk secara magnetis selaras menjadi blok-blok padat yang kemudian mengalami perlakuan panas, dipotong menjadi berbentuk, permukaan dihaluskan dan dimagnetisasi. Saat ini, antara 45.000 dan 50.000 ton dari magnet neodymium sintered diproduksi setiap tahun, terutama di Cina dan Jepang. Sifat-sifat NdFeB dapat dilihat pada tabel 2.2. Tabel 2.2. Sifat NdFeB Curie Temperature 360 o C Maximum Operating Temperature 120-160 o C Energy Product atau BH max 15,8-16,8 MGOe Koersivitas H C 6,80 koe Density 7,64 g/cm 3 Temperature Coefficient of Br -0,11 % / o C Temperature coefficient of j H C -0,4 % / o C Sumber : MQP Specification Product, 2014
24 2.6 Bonded Magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB) Bahan Bonded Magnet merupakan magnet komposit yang dibuat dari serbuk magnet yang dicampurkan dengan bahan matriks (pengikat/binder) yang bersifat non magnet. Bahan bonded magnet dapat bersifat kaku (rigid) atau lentur (flexible) tergantung dari jenis pengikat yang digunakan. Bahan NdFeB mempunyai sifat kemagnetan yang unggul (BH max ) dan dapat diaplikasikan dalam bidang industri otomotif, kesehatan dan elektronik. Adapun fungsi dari matriks adalah untuk menyatukan butiran serbuk magnet menjadi satu kesatuan dalam bentuk komposit. Selain itu, bahan matriks sangat berpengaruh terhadap sifat mekanik, listrik, maupun stabilitas termal dari magnet komposit. (Ihsan, 2005) Bonded Magnet ini memiliki kelemahan pada hasil material magnetnya. Hal itu dikarenakan oleh magnet isotropik memiliki sifat yang lebih rendah dari pada magnet yang disintering. Akan tetapi, disamping kelemahan tersebut, hasil dari Bonded Magnet ini memiliki keutungan-keuntungan sebagai berikut: a. Sederhana dan biaya produksi rendah. b. Mudah dibentuk dan variasinya juga beragam. c. Ketahanan mekanik yang cukup baik. Bonded Magnet dengan campuran logam transisi tanah jarang (rare earth permanent magnets) mempunyai sifat magnet unggul dibandingkan sifat magnetik bonded ferrit. Hal tersebut terlihat secara signifikan, karena magnet bonded ferrit mempunyai koefisien temperatur positif terhadap Hc yang berarti koersivitas meningkat dengan peningkatan temperatur. (Deswita, 2007) 2.7 Resin Polyvinyl Chloride (PVC) Penggunaan resin sebagai binder dalam bonded magnet telah banyak dilakukan oleh para peneliti, termasuk paten yang dikeluarkan. Beberapa sifat dan kelebihan yang dimiliki oleh resin sebagai matriks dalam komposit antara lain ketahanannya terhadap pelarut organik, panas, oksidasi dan kelembaman seperti ringan, sifat mekanik serta mudah dimodifikasi dalam pembuatannya. Binder yang digunakan adalah resin polyvinyl chloride (PVC). Polyvinyl Chloride (PVC) resin merupakan hasil polimerisasi monomer vinil klorida dengan bantuan katalis. Pemilihan katalis tergantung pada jenis
25 proses polimerisasi yang digunakan. Untuk mendapatkan produk-produk dari PVC digunakan beberapa proses pengolahan yaitu: 1. Calendering Produk akhir: sheet, film, leather cloth dan floor covering. 2. Ekstrusi Merupakan cara pengolahan PVC yang banyak digunakan karena proses ini dapat dihasilkan bermacam-macam produk. Extruder head dapat digantikan dengan bermacam bentuk untuk menghasilkan: Pipa, tube, building profile, sheet, floor covering dan monofilament. Isolasi kabel listrik dan telepon. Barang berongga dan blown film. 3. Cetak injeksi Produk yang diperoleh adalah: Sol sepatu, sepatu, sepatu boot. Container, sleeve (penguat leher baju), valve. Fitting, electrical and engineering parts. (Mujiarto, 2005) Massa jenis PVC secara umum adalah 1,4 g/cm 3. Sifat-sifat PVC tersebut adalah baik dalam ketahanan air, ketahanan asam dan ketahanan alkali, tidak bersifat racun dan tidak menyala, isolasi listriknya baik dan tahan terhadap banyak larutan. Kelarutan PVC melunak pada 65-85 o C dan plastis pada 120-150 o C, mencair pada atau diatas 170 o C dan terurai memberikan asam klorida pada atau diatas 190 o C. Temperatur yang cocok untuk pengolahan adalah 150-180 o C. Bahan yang derajat polimerisasinya 2500-3000 dibuat untuk selang dan pembungkusan, yang 1300-1700 dibuat untuk kabel listrik dan pasta, yang 1000-1300 dibuat untuk film; kulit imitasi; lembaran tipis dan pipa lunak, 700-800 dibuat untuk lembaran kaku; pipa kaku; botol, yang 400-500 dibuat untuk pelat gramopon, yang kurang dari 400 dipakai untuk cat dan perekat. (Surdia, 2005)