PEMBUATAN MAGNET BONDED PERMANEN PrFeB DENGAN BINDER POLYESTER DAN SILICONE RUBBER SKRIPSI HILDA AYU MARLINA 090801040 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
PEMBUATAN MAGNET BONDED PERMANEN PrFeB DENGAN BINDER POLYESTER DAN SILICONE RUBBER SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains HILDA AYU MARLINA 090801040 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
ii PERSETUJUAN Judul : Pembuatan Magnet Bonded Permanen PrFeB dengan Binder Polyester dan Silicone Rubber Kategori : Skripsi Nama : Hilda Ayu Marlina Nomor Induk Mahasiswa : 090801040 Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Disetujui di Medan, Agustus 2013 Komisi Pembimbing : Pembimbing 2, Pembimbing 1, Prof. Perdamean Sebayang, M.Si Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc NIP. 195501051983031003 NIP. 196506171993031009 Disetujui Oleh Departemen Fisika FMIPA USU Ketua, Dr. Marhaposan Situmorang NIP. 195510301980031003
iii PERNYATAAN PEMBUATAN MAGNET BONDED PERMANEN PrFeB DENGAN BINDER POLYESTER DAN SILICONE RUBBER SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, 2013 HILDA AYU MARLINA 090801040
iv PENGHARGAAN Puji syukur kehadirat ALLAH SWT atas berkat dan rahmatnya penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. Tak lupa pula shalawat beriring salam penulis hantarkan kepangkuan Nabi Besar Muhammad SAW yang menghantarkan manusia dari alam jahiliah ke alam yang penuh ilmu pengetahuan seperti ini. Penulis menyadari bahwa keberhasilan penyusunan skripsi ini tidak lepas dari dukungan dan bantuan orang-orang di sekeliling penulis. Maka dari itu, penulis ingin menyampaikan terimakasih kepada : 1. Bapak Prof. Perdamean Sebayang, Bapak Muljadi, Pak Candra Kurniawan, Pak Anggito Tetuko, Pak Lukman Faris, dan Ibu Ayu Yuswita selaku pembimbing lapangan di PPF LIPI yang telah memberikan bimbingan dan masukan kepada penulis dalam melakukan penelitian. 2. Bapak Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng selaku Kepala PPF Serpong serta seluruh pegawai PPF LIPI yang telah membantu penulis dalam melakukan penelitian di PPF LIPI. 3. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku Sekertaris Departemen Fisika sekaligus dosen pembina akademik dan pembimbing skripsi yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan kuliah, penelitian, dan skripsi. 4. Ketua Departemen Fisika, Bapak Dr. Marhaposan Situmorang, Dekan dan Pembantu Dekan FMIPA USU, dan seluruh dosen maupun pegawai Departemen Fisika FMIPA USU. 5. Mamah Neneng dan Teh Ina yang telah memberikan dukungan dan merawat penulis selama melakukan penelitian di LIPI Serpong. 6. Teman-teman seperjuangan (mahasiswa Fisika S1 FMIPA USU), terkhusus Tian Havwini, Cindy Al Kindy, Fitri H. Sinaga, Sally I. Ritonga, Kharismayanti, Desy Hervina Sari, dan Seri D. Siregar yang telah memotivasi penulis menyelesaikan kuliah hingga skripsi ini. 7. Tak lupa pula penulis mengucapkan terimakasih yang teristimewa kepada orang-orang terdekat penulis yang senantiasa memotivasi penulis dalam menyelesaikan kuliah, penelitian, dan skripsi ini. Pertama kepada My Inspire, Chairu Rahmad, Amd. Kedua, kepada Apis, Dek Ana, Cik Reni Susana, Om Indra S. Siregar, Kak Dita, Kak Puput, Umi, dan saudarasaudaraku lainnya. Ketiga, kepada adik-adikku, Aissyah Fajrina F. dan Anisa F.M. Keempat dan yang terkhususkan, teruntuk kedua orang tuaku, Mama Hj. Ida Riswati, S.Pd dan Papa H. Tuido Herawanto I. Bay yang tak pernah berhenti memberikan dukungan dari segala segi, hingga penulis dapat kuliah dan menyelesaikan kuliah ini. Penulis menyadari bahwa tulisan ini masih jauh dari kesempurnaan. Maka dari itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk menyempurnakan skripsi ini. Semoga dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca. Penulis
v PEMBUATAN MAGNET BONDED PERMANEN PrFeB DENGAN BINDER POLYESTER DAN SILICONE RUBBER ABSTRAK Telah dilakukan penelitian tentang pembuatan bonded magnet PrFeB type MQEP 16-7 dengan binder polyester dan silicone rubber. Keunggulan dari bonded magnet ini dapat diaplikasikan pada komponen berbentuk kecil dan rumit. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui pengaruh matriks polyester dan silicone rubber terhadap sifat mekanik dan magnetik pada pembuatan bonded magnet PrFeB. Proses pembuatan bonded magnet PrFeB dilakukan dengan cara mencampurkan serbuk magnet PrFeB dan masing-masing binder dengan variasi komposisi binder (%berat) 2, 4, 6, dan 8. Untuk setiap cuplikan dibutuhkan 8 gram massa total cuplikan bonded magnet PrFeB. Setelah campuran serbuk dibuat, kemudian dicetak menggunakan metode compression moulding dengan tekanan sampel sebesar 5 ton. Suhu pengerasan (curing temperature) cuplikan 150 o C untuk bonded magnet binder polyester dan suhu ruang untuk bonded magnet binder silicone rubber. Karakterisasi cuplikan terdiri dari pengujian sifat magnet dan sifat mekanik. Dari hasil penelitian diperoleh kuat medan magnet terbaik yaitu pada pembuatan bonded magnet dengan 2% binder silicone rubber sebesar 1156,9 G dan menghasilkan energi produk (BH) max 9,15 MGOe, serta nilai kekerasan Brinell 10,4 BHN dan kekutan tekan 22,3 MPa. Kata kunci : Bonded magnet, magnet PrFeB, polyester, silicone rubber, sifat magnet, sifat mekanik
vi FABRICATIONS BONDED PERMANENT MAGNETS PrFeB WITH POLYESTER AND SILICONE RUBBER BINDER ABSTRACT Research on fabrications bonded magnets PrFeB type MQEP 16-7 with polyester and silicone rubber binder has been done. The purpose of this study is determination of the effect of polyester and silicone rubber matrix on the mechanical and magnetic properties in the manufacture of bonded magnets PrFeB. The process of fabrications bonded magnets PrFeB made by mixing powder and magnets PrFeB respectively - each with variations binder composition (wt%) are 2, 4, 6, and 8. For each sample takes 8 grams total mass of bonded magnets PrFeB. Once the powder mixture is made, then printed using compression molding method with a sample pressure of 5 tons. Curing temperature of 150 C for samples bonded magnet with polyester binder and room temperature for samples bonded magnet with silicone rubber binder. The results showed that the best magnetic field derived from the manufacture of bonded magnets with the addition of 2% silicone rubber binder at 1156.9 G and energy product (BH) max 9.15 MGOe, as well as the value of 10.4 BHN Brinell hardness and compressive strength of 22, 3 MPa. Keywords: Bonded magnet, magnet PrFeB, polyester, silicone rubber, magnetic properties, mechanical properties
vii DAFTAR ISI Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar Lampiran Halaman ii iii iv v vi vii ix x xi Bab 1. Bab 2. Bab 3. Pendahuluan 1.1. Latar Belakang 1 1.2. Perumusan Masalah 3 1.3. Batasan Masalah 3 1.4. Tujuan Penelitian 4 1.5. Manfaat Penelitian 4 1.6. Tempat Penelitian 4 1.7. Sistematika Penulisan 4 Tinjauan Pustaka 2.1. Material Magnet 6 2.2. Sifat Intrinsik Kemagnetan Fasa Magnetik 6 2.2.1. Loop Histeresis 7 2.2.2. Polarisasi Total Fasa Magnetik 10 2.2.3. Medan Anisotropi (Anisotropy Field) Fasa Magnetik 10 2.2.4. Produk Energi Maksimum (BH) max 11 2.2.5 Temperatur Curie Fasa Magnetik 13 2.3. Magnet Pr 2 Fe 14 B 13 2.3.1. Struktur Kristal Pr 2 Fe 14 B 14 2.3.2. Sifat Pr 2 Fe 14 B 14 2.3.3. Karakteristik terhadap Temperatur 15 2.3.4. Ketahanan Terhadap Korosi 15 2.3.5. Fabrikasi 16 2.4. Bonded Magnet PrFeB 16 2.5. Binder Polyester dan Sillicone Rubber 17 2.5.1. Polyester 17 2.5.2. Sillicone Rubber 18 Metodologi Penelitian 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian 21 3.2. Peralatan dan Bahan 21
viii 3.2.1. Peralatan 21 3.2.2. Bahan 22 3.3. Diagram Alir Penelitian 23 3.4. Prosedur Penelitian 24 3.4.1. Pencampuran Bahan Baku 24 3.4.2. Proses Kompaksi 24 3.4.3. Pengeringan Sampel 24 3.4.4. Magnetisasi 25 3.5. Karakterisasi 25 3.5.1. Karakterisasi Sifat Fisis 25 3.5.1.1. Densitas 25 3.5.1.2. Struktur Mikro 26 3.5.2. Karakterisasi Sifat Mekanik 26 3.5.2.1. Brinell Hardness 26 3.5.2.2. Compressive Test 27 3.5.3. Karakterisasi Sifat Magnetik 28 Bab 4. Bab 5. Hasil dan Pembahasan 4.1. Hasil Penelitian 29 4.1.1. Hasil Pengujian Sifat Fisis 29 4.1.1.1. Hasil Pengujian Densitas 29 4.1.1.2. Hasil Pengujian Struktur Mikro 29 4.1.2. Hasil Pengujian Sifat Mekanik 32 4.1.2.1. Hasil Pengujian Kekerasan Brinell 32 4.1.2.2. Hasil Pengujian Kekuatan Tekan 32 4.1.3. Hasil Pengujian Sifat Magnet 33 4.2. Pembahasan 35 4.2.1. Sifat Fisis 35 4.2.1.1. Densitas 35 4.2.1.2. Struktur Mikro 37 4.2.2. Sifat Mekanik 38 4.2.2.1. Kekerasan Brinell 38 4.2.2.2. Kekuatan Tekan 40 4.2.3. Sifat Magnet 41 4.2.3.1. Sifat Magnet Bonded PrFeB dengan Binder Polyester 41 4.2.3.2. Sifat Magnet Bonded PrFeB dengan Binder Silicone Rubber 43 Kesimpulan dan Saran 5.1. Kesimpulan 46 5.2. Saran 47 DAFTAR PUSTAKA 48
ix DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman Tabel Tabel 2.1. Sifat Beberapa Magnet Keras 9 Tabel 2.2. Sifat Pr 2 Fe 14 B 15 Tabel 2.3. Sifat Fisik dan Mekanik Polyester 18 Tabel 2.4. Sifat Fisik dan Mekanik Silicone Rubber 19 Tabel 4.1. Hasil Pengukuran Densitas Bonded Magnet PrFeB dengan Variasi Komposisi Binder 29 Tabel 4.2. Nilai Kekerasan Brinell Bonded Magnet PrFeB dengan Variasi Komposisi Binder 32 Tabel 4.3. Nilai Kekuatan Tekan Bonded Magnet PrFeB dengan Variasi Komposisi Binder 33 Tabel 4.4. Nilai Kuat Medan Magnet pada Bonded Magnet PrFeB dengan Variasi Komposisi Binder 33 Tabel 4.5. Data Hasil Pemagraph Bonded Magnet PrFeB dengan Komposisi 2% Binder Polyester 34 Tabel 4.6. Data Hasil Pemagraph Bonded Magnet PrFeB dengan Komposisi 2% Binder Silicone Rubber 35 Tabel 4.7. Data Sifat Magnet Bonded Magnet PrFeB dengan Komposisi 2% Binder Polyester 43 Tabel 4.8. Data Sifat Magnet Bonded Magnet PrFeB dengan Komposisi 2% Binder Silicone Rubber 44
x DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman Gambar Gambar 2.1. Kurva histerisis 7 Gambar 2.2. Penentuan nilai (BH) max dari kuadran ke-ii loop histerisis 11 Gambar 3.1. Pengujian Kekerasan Brinell 26 Gambar 3.2. Diameter Lekukan pada Sampel dengan Pengujian Kekerasan Brinell 27 Gambar 3.3. Pengujian Kekuatan Tekan Menggunakan UTM 27 Gambar 3.4. Contoh Kurva Histerisis Hasil Pengujian Menggunakan Magnet Physic Dr. Steingroever GmbH Pemagraph C 28 Gambar 4.1. Hasil SEM EDX Cuplikan Bonded Magnet PrFeB dengan Binder Polyester 30 Gambar 4.2. Hasil SEM EDX Cuplikan Bonded Magnet PrFeB dengan Binder Silicone Rubber 31 Gambar 4.3. Kurva Histerisis Bonded Magnet PrFeB dengan Komposisi 2% Binder Polyester 34 Gambar 4.4. Kurva Histerisis Bonded Magnet PrFeB dengan Komposisi 2% Binder Silicone Rubber 34 Gambar 4.5. Densitas Bonded Magnet PrFeB Terhadap Pengaruh Komposisi (%berat) Polyester 35 Gambar 4.6. Densitas Bonded Magnet PrFeB Terhadap Pengaruh Komposisi (%berat) Silicone Rubber 36 Gambar 4.7. Kekerasan Brinell Bonded Magnet PrFeB Terhadap Pengaruh Komposisi (%berat) Polyester 38 Gambar 4.8. Kekerasan Brinell Bonded Magnet PrFeB Gambar 4.9. Terhadap Pengaruh Komposisi (%berat) Silicone Rubber 39 Kuat Tekan Bonded Magnet PrFeB Terhadap Pengaruh Komposisi (%berat) Polyester 40 Gambar 4.10. Kuat Tekan Bonded Magnet PrFeB Terhadap Pengaruh Komposisi (%berat) Silicone Rubber 41 Gambar 4.11. Kuat Medan Magnet Bonded Magnet PrFeB Terhadap Pengaruh Komposisi (%berat) Polyester 42 Gambar 4.12. Kuat Medan Magnet Bonded Magnet PrFeB Terhadap Pengaruh Komposisi (%berat) Silicone Rubber 44
xi DAFTAR LAMPIRAN Nomor Judul Halaman Lamp 1. Bahan dan Peralatan Penelitian 50 2. MQP Product Specification 52 3. Hasil SEM EDX Bonded Magnet PrFeB 57 4. Data Hasil Pengujian Kekerasan Brinell dan Kekuatan Tekan Menggunakan UTM 60 5. Kurva Histerisis Uji Pemagraph 63 6. Data Pengujian Densitas Dimensi 66 7. Perhitungan 67