PENGARUH KOMPOSISI POLYVINYL BUTIRAL (PVB) PADA PEMBUATAN BONDED MAGNET NdFeB TERHADAP MIKROSTRUKTUR, SIFAT FISIS DAN MAGNET
SKRIPSI
MAREANUS MENDROFA 120801006
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
Universitas Sumatera Utara
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 120801006
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
Universitas Sumatera Utara
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
: 120801006
Program Studi
: Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Disetujui di : Medan, Mei 2016
Disetujui Oleh : Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,
Pembimbing,
Dr. Marhaposan Situmorang NIP: 195510301980031003
Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S. NIP : 195903101987031002
i
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN
PENGARUH KOMPOSISI POLYVINYL BUTYRAL (PVB) PADA PEMBUATAN BONDED MAGNET NdFeB TERHADAP MIKROSTRUKTUR, SIFAT FISIS DAN MAGNET
OLEH :
Mareanus Mendrofa NIM : 120801006
Disetujui Oleh : Komisi Pembimbing
Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S. NIP : 195903101987031002
Ir. Muljadi, M.Sc. NIP : 195711161983121002
Diketahui Oleh :
Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,
Pusat Penelitian Fisika-LIPI Kepala,
Dr. Marhaposan Situmorang NIP : 195510301980031003
Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng. NIP : 196204301988031001
ii
Universitas Sumatera Utara
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 120801006
iii
Universitas Sumatera Utara
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 Universitas Sumatera Utara 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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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 120801006
vi
Universitas Sumatera Utara
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) 160 0C. 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/cm3 dan kuat medan magnet sebesar 1862,4 G. Nilai Mr = 72,86 emu/gram, Ms = 103 emu/g, Hc = 8,490 KOe dan BHmax = 5,1 MGOe diperoleh pada penambahan PVB 2 %.
Kata kunci : Magnet bonded NdFeB, binder polyvinyl butyral, sifat fisis dan sifat magnet.
vii
Universitas Sumatera Utara
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 160 0C. 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/cm3 and strong magnetic field of 1862.4 G. the score of Mr = 72.86 emu/g, Ms = 103 emu/gram, Hc = 8.490 KOe and BHmax = 5.1 MGOe was obtained on the addition of PVB 2 %.
Keywords : Bonded Magnets NdFeB, polyvinyl butyral binder, physical properties and magnetic.
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman i ii iii iv vii viii ix xi xii xiv
Persetujuan Lembar Pengesahan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar lampiran BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang 1.2. Rumusan Masalah 1.3. Batasan Masalah 1.4. Tujuan Penelitian 1.5. Manfaat Penelitian 1.6. Sistematika Penelitian
1 2 3 3 3 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Material Magnet 2.2. Sifat-sifat Magnet Permanen 2.2.1. Koersivitas 2.2.2. Remanen 2.3. Sifat Kemagnetan Bahan 2.4. Kurva Histeresis 2.5. Energi Produk Maksimum (BHMax) 2.6. Magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB) 2.7. Unsur Pemadu Pada Magnet NdFeB 2.7.1. Neodymium (Nd) 2.7.2. Besi (Fe) 2.7.3. Boron (B) 2.8. Bonded Magnet NdFeB 2.9. Fabrikasi Magnet NdFeB 2.10. Binder Polyvinyl Butyral (PVB) 2.11. Scanning Electron Microscope (SEM) 2.11.1. Prinsip Kerja Scanning Electron Microscope (SEM)
ix
6 7 7 8 9 11 14 14 15 15 17 18 20 22 22 23 24
Universitas Sumatera Utara
BAB 3 METODOLOGI PERCOBAAN 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian 3.1.1. Tempat Penelitian 3.1.2. Waktu Penelitian 3.2. Bahan dan Alat 3.2.1. Bahan 3.2.2. Alat 3.3. Diagram Alir Penelitian 3.4. Prosedur Penelitian 3.4.1. Pencampuran Bahan Baku 3.4.2. Proses Kompaksi 3.4.3. Magnetisasi 3.5. Karakterisasi 3.5.1. Densitas 3.5.2. Struktur Mikro 3.5.3. Karakterisasi VSM
26 26 26 26 26 26 27 29 29 29 29 29 30 30 30
BAB 4 HASIL PENELITIAN 4.1. Hasil Pengujian Sifat Fisis 4.1.1. Pengujian Densitas 4.1.2. Pengujian Struktur Mikro Bonded Magnet NdFeB (SEM) 4.1.3. Pengujian Komposisi Unsur Bonded Magnet NdFeB (SEM-EDX) 4.2. Hasil Pengujian Sifat Magnet 4.2.1. Kuat Medan Magnet 4.2.1. VSM (Vibrating Sample Magnetometer)
31 31 32 34 42 42 43
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan 5.2. Saran
46 47
DAFTAR PUSTAKA
48
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1. Tabel 2.2. Tabel 2.3. Tabel 4.1. Tabel 4.2. Tabel 4.3. Tabel 4.4. Tabel 4.5. Tabel 4.6. Tabel 4.7. Tabel 4.8. Tabel 4.9.
Magnetic Characteristics Bonded Magnet NdFeB Type MQP-B Susunan Elektron dan Tingkat Oksidasi Mineral-mineral Bijih Besi Bernilai Ekonomis Data Hasil Pengukuran dan Perhitungan Bulk Densitas Bonded Magnet NdFeB dengan Variasi Komposisi Binder Analisis Komposisi Unsur Pada EDX untuk Spektrum 1 pada Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 2 % Analisis Komposisi Unsur Pada EDX untuk Spektrum 2 pada Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 2 % Analisis Komposisi Unsur Pada EDX untuk Spektrum 3 pada Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 2 % Analisis Komposisi Unsur Pada EDX untuk Spektrum 1 pada Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 4 % Analisis Komposisi Unsur Pada EDX untuk Spektrum 2 pada Bonded Magnet NdFeB denganPVB 4 % Analisis Komposisi Unsur Pada EDX untuk Spektrum 3 pada Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 4 % Data Hasil Pengukuran Kuat Medan Magnet pada Sampel Bonded Magnet NdFeB untuk PVB 2 % dan 4 % Data Hasil Pengujian Sifat Magnetik pada Sampel Bonded Magnet NdFeB untuk PVB 2 % dan 4 %
xi
15 16 17 31 35 36 37 39 40 41 42 44
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman 8
Gambar 2.1. Gambar 2.2.
Perbedaan Koersifitas dan Koersifitas Intrinsik Arah Domain-domain Dalam Bahan Ferromagnetik Sebelum dan Sesudah diberi Medan Magnet Luar Gambar 2.3. Kurva Histeresis Gambar 2.4. Kurva Induksi Normal Gambar 2.5. Struktur Kristal Boron Dengan Sel Satuan Ikosahedral Gambar 2.6. Struktur Boron Gambar 2.7. Ikatan 3c-2e B-H-B dan B-B-B Gambar 2.8. Stuktur Boron Gambar 2.9. Struktur molekul Polyvinyl Butyral (C8H14O2) Gambar 2.10. Prinsip kerja Scanning Electron Mocroscope (SEM) Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian Pembuatan Bonded Magnet NdFeB Gambar 4.1. Grafik Hubungan Antara % Berat Polyvinyl Butyral (PVB) Terhadap Nilai Bulk Densitas Pada Bonded Magnet NdFeB Gambar 4.2. Hasil Foto Analisis Secondary Electron Sampel Pelet Bonded Magnet NdFeB Pada SEM dengan pembesaran 2000 x Gambar 4.3. Hasil Foto Analisis SEM Pada Bonded Magnet NdFeB yang Binder PVB nya 2% dengan Penembakan Pada 3 titik Gambar 4.3.1. Hasil Spektrum EDX untuk Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 2 % pada Spektrum 1 Gambar 4.3.2. Hasil Spektrum EDX untuk Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 2 % pada Spektrum 2 Gambar 4.3.3. Hasil Spektrum EDX untuk Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 2 % pada Spektrum 3 Gambar 4.4. Hasil Foto Analisis SEM Pada Bonded Magnet NdFeB yang Binder PVB nya 4% dengan Penembakan Pada 3 titik Gambar 4.4.1. Hasil Spektrum EDX untuk Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 4 % pada Spektrum 1 Gambar 4.4.2. Hasil Spektrum EDX untuk Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 4 % pada Spektrum 2 Gambar 4.4.3. Hasil Spektrum EDX untuk Bonded Magnet NdFeB dengan PVB 4 % pada Spektrum 3 Gambar 4.5. Grafik Hubungan Antara % Berat Polyvinyl Butyral (PVB) Terhadap Nilai Kuat Medan Magnet pada Bonded magnet NdFeB Gambar 4.6. Kurva Histeresis Bonded Magnet NdFeB yang Komposisi
xii
11 12 13 18 19 19 20 23 25 28 32
33 34 35 36 37 38 39 40 41
43
Universitas Sumatera Utara
PVB 2 % dan PVB 4 %
44
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Peralatan dan Bahan Penelitian Lampiran 2 Perhitungan Densitas Sampel Bonded Magnet NdFeB Lampiran 3 Hasil Pengujian SEM-EDX Lampiran 4 Hasil Pengujian VSM Lampiran 5 Karakteristik Bonded Magnet NdFeB Type MQP
xiv
Halaman 51 53 56 65 66
Universitas Sumatera Utara
