1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Magnet permanen adalah salah satu jenis material maju dengan aplikasi yang sangat luas dan strategis yang perlu dikembangkan di Indonesia. Efisiensi energi yang tinggi seperti pada sistem generator listrik, penggerak listrik/motor listrik, otomatisasi industri dan lainnya sangat ditentukan oleh sifat dan kualitas material magnet tersebut. Pada sistem otomatisasi elektronik, otomatisasi industri dan sejenisnya juga memerlukan sejumlah magnet yang tidak sedikit dan membutuhkan spesifikasi sifat magnet tertentu untuk setiap komponennya. Kebutuhan magnet permanen dunia terus meningkat, Sampai saat ini produk magnet khususnya magnet permanen yang ada di Indonesia 100% masih di impor. Penguasaan teknologi produksi magnet permanen diharapkan dapat memberikan nilai tambah yang signifikan, dengan mempertimbangkan belum adanya produsen magnet permanen lokal untuk memenuhi kebutuhan magnet permanen dalam negeri. Pemenuhan kebutuhan komponen magnet permanen sampai saat ini masih sangat bergantung dari produk impor seperti dari Jepang dan China (Priyo Sardjono, 2012) Barium heksaferit dengan rumus kimia BaFe 12 O 19 telah diketahui sebagai magnet permanen dengan struktur heksagonal dengan space group P 63/mmc. Sampai saat ini magnet permanen barium heksaferit masih dipergunakan secara luas di berbagai produk industri. Loop histerisis magnet permanen jenis ini memiliki koersivitas yang relatif tidak besar sehingga senyawa tersebut juga berpeluang yang cukup baik untuk aplikasi media penyimpan data (magnetic recording) dan magneto optic materials (Priyo K, 2007). Perkembangan teknologi terakhir saat ini memungkinkan untuk diperoleh bahan barium heksaferit dengan ukuran kristalit yang sangat halus berukuran sekitar nanometer (10-9 meter). Bahan barium heksaferit dengan ukuran kristalit
2 yang sangat halus dapat diperoleh di antaranya melalui proses mechanical alloying (Achmal Johan, 2010). Metode sintesa bahan barium heksaferit dengan teknik mechanical alloying adalah metode yang sudah biasa digunakan seperti halnya untuk bahan bahan keramik pada umumnya. Mengingat bahan barium heksaferit merupakan suatu senyawa oksida, maka proses mechanical alloying menjadi sederhana, media gas inert tidak dibutuhkan seperti biasanya digunakan untuk senyawa intermetalik. Apabila proses kristalisasi bahan barium heksaferit dapat terjadi pada temperatur rendah, maka diharapkan pertumbuhan kristalit yang besar dapat dihindari. Ukuran kristalit ini akan sangat berpengaruh terhadap sifat magnetik bahan. Nilai koersivitas magnet bahan cenderung meningkat seiring dengan ukuran kristalit atau partikel yang semakin halus (nano crystalline effect) yang berkaitan dengan anisotropi magnetokristalin seperti ditemui pada bahan magnet permanen berbasis tanah-jarang. Koersivitas magnet merupakan suatu besaran yang sangat penting, karena semakin tinggi harga koersivitas maka sifat magnetik bahan akan semakin sulit berubah akibat medan magnet luar. Bahan tipe M-heksaferit, MO 6 Fe 2 O 3 (M=Ba, Pb, Sr) telah dikenal mempunyai sifat magnet yang sangat baik sehingga banyak digunakan sebagai magnet permanen bagian komponen dari peralatan frekuensi tinggi atau sebagai media penyimpan data. Untuk media penyimpanan data, M- heksaferit yang digunakan mempunyai ukuran kristalit sangat halus, dalam skala nanometer. Untuk itu beberapa usaha telah dilakukan guna memperoleh bahan ini dalam sistem struktur nanokristalin. Berbagai usaha yang telah dilakukan untuk mendapatkan partikel halus M heksaferit diantaranya : metoda kopresipitasi kimia, metode kristalisasi glass, metoda sonochemical, sol-gel maupun metode high-energy milling. Masalah utama yang sering dihadapi dalam proses milling ini adalah terjadinya kerusakan struktur kristal (crystallographic damage), serta adanya unsur pengotor (impurity) yang berasal dari wadah yang digunakan pada waktu proses milling. Salah satu usaha mendapatkan partikel dalam ukuran nanometer yang dipandang lebih praktis dibandingkan metode lain adalah dengan
3 metode high energy milling (HEM). HEM juga mempunyai prospek untuk dikembangkan dalam skala besar. Metode high energy milling (HEM) dengan menggunakan shacker mill merupakan salah satu cara untuk mendapatkan bahan barium heksaferit dengan ukuran butir yang sangat halus P.G Bercoff & Bertorello (1998) telah mensintesis bahan magnet nanokristalin barium heksaferit dengan menggunakan high energy milling disertai dengan proses annealing pada 80 jam milling dan 1300 K suhu annealing. Hasilnya proses milling yang disertai proses annealing dapat memperbaiki sifat magnetik bahan barium heksaferit, meningkatnya nilai koersivitas intrinsik bahan hingga sekitar 1970 Oe. Ini menunjukkan bahwa kerusakan sistem fasa ataupun struktur kristal akibat proses milling tidak ada lagi. P.G. Bercoff pada tahun 1999 kembali menganalisa penambahan Fe pada Barium heksaferit dengan waktu milling yang berbeda yakni 60 jam dan 40 jam pada suhu annealing 1000 0 C dan sebatas kondisi serbuk. Dari penelitian ini diperoleh koersivitas magnet hingga 4400 koe. Berdasarkan hal tersebut, maka akan dilakukan penelitian menggunakan Barium heksaferit pabrikasi China yang diberi imbuhan Fe dimana proses pencampurannya menggunakan High Energy Milling (HEM). Untuk melihat pengaruhnya terhadap sifat fisis (mikrostruktur, densitas, porositas) dan sifat magnetik magnet (Fluks density dan kurva histerisis), maka bahan tersebut perlu dikarakterisasi dan dianalisa lebih lanjut sampai kondisi pelet. 1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang di atas, maka permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh penambahan Fe terhadap sifat fisis dan sifat magnet barium heksaferit dimana variasi imbuhannya adalah 0, 1, 5, 10, 20 % berat (% wt), Sampel tanpa penambahan imbuhan Fe (0 %wt Fe) dihaluskan dengan menggunakan High Energy Milling (HEM) dengan variasi waktu milling selama10 jam, 20 jam, dan 40 jam. Setelah diperoleh waktu milling optimum, selanjutnya serbuk barium heksaferit komersial (Cina) disintering pada suhu terbaik berdasarkan kurva dilatometer yang diperoleh. sifat fisis
4 (mikrostruktur, densitas, porositas) dan sifat magnetik magnet (Fluks density dan kurva histerisis). 1.3 Batasan Masalah Adapun batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Batasan masalah untuk proses pembuatan nano kristalin barium heksaferit komersial (Cina) dengan penambahan imbuhan Fe terbatas pada : Analisis struktur mikro barium heksaferit komersial (Cina) dengan X-Ray Diffraction (XRD) dan Scanning Electron Microscope (SEM-EDX), Analisis ukuran partikel dengan Particle Size Analyzer (PSA) dan Pengujian sifat fisis yakni densitas dan porositas serta Analisis sifat magnet dengan pengukuran fluks density dan uji permagraph berdasarkan kurva histerisis. 2. Barium heksaferit komersial (Cina) yang diberi imbuhan Fe dengan nilai x = 0, 1, 5, 10, 20 % (dalam persen berat) melalui proses milling dengan menggunakan HEM (High Energy milling) jenis shacker mill. 1.4 Tujuan Penelitian Kegiatan penelitian ini, ditujukan untuk : 1. Mengetahui proses dan waktu milling optimum pada penghalusan serbuk barium heksaferit komersial (Cina) yang diberi imbuhan Fe. 2. Mengetahui karakteristik sifat fisis magnet permanen barium heksaferit komersial (Cina) sebelum dan setelah penambahan imbuhan Fe antara lain: densitas, porositas, ukuran partikel dengan PSA, komposisi unsur dengan XRF, dan mikro strukturnya dengan XRD dan SEM-EDX. 3. Mengetahui perubahan sifat magnet permanen barium heksaferit pabrikasi Cina sebelum dan setelah penambahan Fe yang dikaitkan dengan ukuran kristalitnya. Disini akan dilihat pengaruh waktu milling terhadap kerusakan sistem kristalit berdampak atau tidak pada sifat kemagnetan bahan yang diperoleh dari pengukuran fluks density dan kurva histerisis dari uji permagraph.
5 1.5 Manfaat Penelitian Dari penelitian ini diharapkan mampu memberikan kontribusi bagi dunia penelitian tentang magnet terutama magnet permanen barium heksaferit dan dalam pengembangan material alat penyimpan data atau media perekam magnetik.
6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Magnet Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Asal kata magnet diduga dari kata magnesia yaitu nama suatu daerah di Asia kecil. Menurut cerita di daerah itu sekitar 4.000 tahun yang lalu telah ditemukan sejenis batu yang memiliki sifat dapat menarik besi atau baja atau campuran logam lainnya. Benda yang dapat menarik besi atau baja inilah yang disebut magnet. Di dalam kehidupan sehari-hari kata magnet sudah sering kita dengar, namun sering juga berpikir bahwa jika mendengar kata magnet selalu berkonotasi menarik benda.untuk bisa mengambil suatu barang dari logam (contoh obeng besi) hanya dengan sebuah magnet, misalkan pada peralatan perbengkelan biasanya dilengkapi dengan sifat magnet sehingga memudahkan untuk mengambil benda yang jatuh di tempat yang sulit dijangkau oleh tangan secara langsung. Bahkan banyak peralatan yang sering digunakan, antara lain bel listrik, telepon, dinamo, alat-alat ukur listrik, kompas yang semuanya menggunakan bahan magnet. (Anonim, 2014). Magnet dapat dibuat dari bahan besi, baja, dan campuran logam serta telah banyak dimanfaatkan untuk industri otomotif dan lainnya. Sebuah magnet terdiri atas magnet-magnet kecil yang memiliki arah yang sama (tersusun teratur), magnet-magnet kecil ini disebut magnet elementer. Pada logam yang bukan magnet, magnet elementernya mempunyai arah sembarangan (tidak teratur) sehingga efeknya saling meniadakan, yang mengakibatkan tidak adanya kutubkutub magnet pada ujung logam. Setiap magnet memiliki dua kutub, yaitu: utara dan selatan. Kutub magnet adalah daerah yang berada pada ujung-ujung magnet dengan kekuatan magnet yang paling besar berada pada kutub-kutubnya. Magnet dapat menarik benda lain, beberapa benda bahkan tertarik lebih kuat dari yang