bt Prosidillg Pertenulall dill' Presellta.ri Ill1/ialt PPNY-BATAN Yogyakart1l25-27 April 1995
Buku 11
136
STUDI POLA DIFRAKsI SINAR-X PADA PADUAN MAGNET PERMANEN Nd2Fe14B Mujamilah, Ridwan PPSM-BATAN, KawasanPuspitekSerpong
Tangerang 15310
ABSTRAK STUDI POLA DIFRAKSI SINAR-X PADUAN MAGNET PERMANEN Nd2Fel4B.Telah dilakukan analisa pada pola difraksi sinar-X dari paduan magnet permanen Nd2Fe14Byang dimagnetisasi dengan medan magnet luar maksimum 15 kOe. Analisa menunjukkan bahwa paduan mempunyai anisotropi magnetokristalin uniaksial dengansumbu mudahpada sumbu cserta menunjukkan adanya kecenderungan magnetisasi yang kuat.
ABSTRACT X-RAY DIFFRACTION STUDYOF Nd2Fe14BPERMANENT MAGNETALLOY. Analisation ofX-ray diffraction pattern ofNd2Fe14Bpermanent magnet alloy magnetized in maximum appliedfleld of 15 kae has been done. The result shows that this alloy has a uniaxial magnetocrystalline anisotropy with c-axes as easy axes and this alloy also shows a very strong magnetisation behaviour.
PENDAHULUAN
S
alah satu persyaratan teknis dari paduan magnet perman en adalah bahwa paduan ini hams mampu mempertahankan kondisi termagnetisasi kuat pacta saar medan magnetisasi luar telah dihilangkan. Ini berarti bahwa paduan magnet permanen disamping hams mempunyai momen magnet tinggi juga hams memiliki sifat anisotropi yang besar. Berbagai metoda pengukuran sifat-sifat ini biasanya dilakukan menggllnakan magnetometer clankhususnya llntuk sifat anisotropi hams menggllnakan paduan dalam bentuk kristal tunggal, yang tak selalu dapat ditumbuhkan pacta setiap kristal paduano Untuk dapat mengatasi kesulitan ini, terutama llntuk karakterisasi / penelitian awal sifat paduan magnet permanen , diperlukan metoda pengukuran altematif dimana cuplikan yang digunakan tak harus berupa kristal tunggal. Salah sarli altematif metoda pengukuran yang dapat dilakukan adalah dengan mempelajari pola diffraksi dari paduan magnet p'ermanen yang telah dimagnetisasi. Pacta penelitian ini dilakllkan studi pola difraksi dari padllan magnet permanen Nd2Fe14B yang merllpakan salah sarli padllan magnet permanen generasi terbam yang memiliki llnjuk kerja magnetik sangat baik. Penyiapan paduan . dilakukan mengikuti metoda / cara pembllatan seperti yang dilakukan oleh Sagawa [I]. Data .
Mujamilah dkk
difraksi dikllmpulkan dengan menggunakan difraktometer sinar-X, sedangkan magnetisasi dilakukan menggllnakan medan elektromagnet. Dari pengukuran ini diharapkan dapat diketahui sifat magnetik paduan secara kualitatif.
TATAKERJA Pcnyiapan Paduan Ingot dengan komposisi seperti pactatabel 1 yang diperoleh dari Johnsonn Matthey, dihaluskan menjadi serbuk dengan.menggunakan "centrifugal Ball Mill" dalam SllasanaArgon. Ingot ditempatkan dalam wadah Agathe clan penghalusan dilakukan dengan mengllnakan bola-bola Agathe. Penghalusan dilakukan sampai diperoleh serbuk berukuran :t 75 !lID.Untuk penelitian anisotropi, serbuk disearahkan dalam beberapa harga kllat medan magnet dengan kuat mcdan maksimum 15 k"Oe clan kondisi termagnetisasi dipertahankan dengan mengeraskan serbuk dalam epoxy resin. Serbuk dibentuk menjadi cuplikan dengan diameter 1 cm clantebal 2 mm. Pcngambilan Data Untuk penentuan rasa paduan, data difraksi diambil pacta cuplikan serbllk yang ditempatkan pacta cetakan plexyglass dalam interval sudut 2070. Untuk penentuan anisotropi, pengambilan data
ISSN 0216-3128
Prosiding Pertellll/on doli Preselltasi IlII/illll PPNY-BATAN YogYllkllrtll25-27 April 1995
BuklllI
dilakukan dimana sinar datang tegak lurus pacta arah magnetisasi ( lihat gambar)
137
prosentasi Nd2Fe14B, sehingga tidak terlihat adanya puncak tambahan pacta pola dithiksi sinar-X.
Ii'
"'"
~
:'to
\0> 0
. ,.
HASIL DAN PEMBAHASAN
~
~ ~l t "i' I
2:x)
:D
Gambar 1.
3)
I()
so.
Polo difraksi
.
eo
Sinar-X
80 ..11t
ingot
NdlFeuB
Pengamatan pola difraksi sinar-X dari ingot seperti yang diperlihatkan pacta gambar I yang dianalisa dengan menggunakan program simulasi Rietveld [2)clanmenggunakan parameter dari Herbst [3) ,
"':'
menunjukkantelah terbentuk rasa Nd2Fe14B.
Bila dibandingkan dengan komposisi ingot terlihat adanya sebagian rasa yang diperkaya oleh Nd. Tetapi prosentasinyajauh lebih kecil dibandingkan
'sa> troo
sa> 0
Tabell.
~~.
".-',
'""' .¥
"'"
Komposisi Ingot Nd-Fe-B
,cx:c sa>
No
Unsur
% berat
"
1
Nd
27,47
,~
2
Pr
0,10
3
La
<0,0)
"
4
Ce
<0,01
"""
5
Fe
71,18
,roo
6
Al
0,16
7
Si
.~~
I<XX)
50>
1<0 0
~.
0,05 10
8
Cu
9
Mg
10
Ca
<0,01
11
B
1,02
12
C
110 (ppm)
13
0
542 (ppm)
14
N
38 (ppm)
ISSN 0216-3128
~~ 20
»
40
SO'
8>
'"
.. "'. l&
0,02
.
<0,01
Gambar 2.
Polo difraksi Sinar-X serbuk + resin: ~ Ha=~ ~ Ha=~5kO~ ~ Ha=11,5 kOe; dI.Ha=15kOe
Pola difraksi sinar-X untuk cuplikan yang termagnetisasi diperlihatkan pactagambar 2a, b, c, d. Puncak-puncak diftaksi ini selanjutnya diindeks dengan parameter yang sarna seperti pacta ingot. Terlihat acta puncak-puncak yang makin naik,
Mujamilah dkk
138
Prosidillg Perlel1U1an don Preselllas; llmiall PPNY-BATAN Yogyakarla 15-17 April 1995
BlIkll II
makin turun atau muncul puncak baru (Iihat gambar 3a, b, c, d, e ) .
Tabcl2.
hkl
!!
!
Pcrbandingan intensita5 cuplikan pada bcbcrapa harga medan magnet luar, Ha (51 : Ha=O; 52 : Ha=7,5 kat; 53 : 51
52
s3
210
350
202
200
212
275
004
l
s4
210
225
310
222
240
200
210
300
311
300
280
250
320
204
200
214
350
105
210
313
300
322
180
224
250
410
500
1750
1970
1950
411
400
420
500
600
750
800
800
150,
170
180
125
160
175
75
80
100
75
75
100
130
135
150
~
f!
$" ~
330
.. 20
Gambar3. Pola difraksi Sinar-X serbl/k + resin: aI. i1!terval(20-30); hI. interval (30-40); cI. interval (40-50); dI. interval (50-60); e. interval (60-70)
Perbandingan antar intensitas selengkapnya diberikan pacta tabel 2. Dari analisa ini terlihat bahwa penyearahan serbuk oleh medan magnet memberikan efekpreferred orientation pactaserbuk yang berakibat terjadi perubahan intensitas pola difraksi. dengan asumsi bahwa ukuran serbuk cukup kecil sehingga bisa diambil pendekatan single domain particle [Stoner- Wohlfarth, 4], pengorentasian serbuk ini bisa dianggap sejajar dengan penyearahan roomeD bahan pacta sumbu arab mudahnya. Sehingga dari data-data perubahan puncak pola difraksi ini dapat disimpulkan bahwa panduan ini mempunyai anisotropi magnetik uniaksial dengan sumbu mudah pacta sumbu c. Dari pola-pola ini juga terlihat adanya pergeseran posisi puncak yang bergeser kearah 2 lebih besar (lihat gambar 4). Fenomena ini mungkin berkaitan dengan mekanisasi magnetisasi daD perubahan posisi atom-atom akibat proses magnetisasi. Untuk mengetahui secara pasti hal ini, perlu dilakukan studi difraksi rewlusi tinggi daD dilanjutkan
Mujamilah dkk
331
250
412
150
510 503
100
326
150
440 434
100
550 317
120
610 515 620
100
dengan analisa penghalusan data. Gambar 5 menunjukkan grafik antara intensitas puncak (410) sebagai fungsi medan magnet luar. Dan grafik ini terlihat adanya kecenderungan magnetisasi yang kuat daD hila dibandingkan dengan basil yang diperoleh Sagawa [51(lihat gambar 6) juga menunjukkan bahwa $umbu mudah magnetisasi paduan ini adalah sumbu c. Sebagai koreksi akhir, pactagambar 7 diperlihatkan perbandingan antara
ISSN 0216-3128
Prosiding Perlel1Ula1l dall Preselltasi [Imia" PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 Apri/1995
139
Bllkll II
pola diftaksi ingot clan pola diftaksi serbuk dalam epoxy resin. Kesesuaian antara kedua pola menunjukkan bahwa epoxy resin tidak memberikan pola/puncak tambahan.
"'"
If
45
"'" 2m
16
100
---
44
'" +-
43
0
10
0.2
Gambar 4.
0.4
.
.
0.6
0.8
...HI (I 15tOIl
20
»
IiJ
.:51)
II> .'"
..
81) -+%0
-+
-
42 .0.2
~...
Gambar 7. Perbandingan Polo difraksi sinar-X ingot dengan serbuk + resin 1.2
Graflk Posisi Puncak sebagai
KESIMPULAN Dari hasil-hasil pengamatan clan analisa dapat disimpulkan bahwa : Paduan Nd2Fel4B mempunyai anisotropi magnetokristalin uniaksial dengan sumbu mudah pactasumbu c; Paduan N d2Fel4B mempunyai kecenderungan magnetisasi yang besar; Analisa pola difraksi pacta cuplikan termagnetisasi dapat memberikan infonnasi kualitatif sifat bahan magnetik.
fungsi darimedan agnet/uar, Ha
2500 2000 1500 1000 500
UCAP AN TERIMA KASIH
0 .0.2
0.2
Gambar 5.
0.4
Ha
0.6
0.8
1.2
Grafik Intensitas Puncak (410) sebagai fungsi £Inrime{lmr agnet /uar
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bpk. Drs. Bambang Hem Pranowo atas pemberian ijin clan bantuan dalam pengambilan data diftaksi sinar-X.
DAFT AR PUST AKA 1.8 1.6
HI/c.uil
M 1.4 i i1.2
t
1
) 0.8
tI
0.6
~
0.4
IT! 0.2 0 0
4
5
6
7
8
10 II
Hagnetic Field!MAlm)
Gambar6. Grafik magnetisasi vs medan magnet luar £Inrikrista/.tungga/ Nd]Fe}.lB(sagawaet.a/[jJ)
ISSN 0216-3128
12
1. SAGAWA,M.,FUJIMURA,S., TOGA WW A,N., Y AMAMOTO,H., MATSUURA,Y.,J.AppI.Phys., 55(6) (1984)2083 2. RIETVELD,H.M., J.Appl. Crystallogr. 2,65( 1969) 3. HERBST,J.F., CROAT,J.J., PINKERTON, F.E and YELON, W., Phys. Rev.B. (29)(1984)4176 4. STONER, E.C, and WOHLFARTH, E.P., Philos. Trans.R.Sac. London SeT A240 (1948)599
Mujamilab dkk
Prosidillg PerteltUlUlI £Ian Presentasi /In/jail PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 April 1995
BllkllI/
140
5. SAGAWA,M.,FUJIMURA,S., YAMAMOTO, H., MATSUURA, Y and HIROSA WA,S., J .AppI.Phys., 57 (1)(1985) 4094
2. Ingot Nd2Fel4B kami beli dari Johnsonn-Matthey Jepang, Tetapi untuk pembuatan magnetnya dilakukan sendiri. 3. Bentuk kristal Nd2Fel4Badalah tetragonal Santin
TANYAJAWAB
I. Apa yang dipelajari pada polo difraksi sinar-X?
Dwi Bryan/ora
2. Cliplikan apa yang dig1.lnakan? 3. Apakah yang dimaks1.lddengan anistropi magnetokristalin uniaksial ?
I. Apakah dengan mengetahui anistropi magnetokristalin uniaksial dengan sumbu mudah pada sumbu C mel1unjukkanadanya magnetisasi yang kHat, berapa kekuatan tersebut ? 2. Magnet Nd2Fel4B tersebut hasi/ buatan sendiri atoll beli jadi. Jika buatan sendiri bagaimana cora membuat komposisi agar homogen ? 3. Apa bentuk kristal Nd2FeI4B. Mujamilah 1. Ya, karena setidak-tidaknya mempunyai kecenderungan magnetisasi yang kuat, karena hila bahan sudah termagnetisasi, dia tidak mudah terdemagnetisasi hila ada medan magnetisasi luar balik.
Mujamilah dkk
Mujamilah 1. Yang dipelajari dari pola difraksi sinar-X secaJ'aumum adalah struktur mikro bahan. Dalam penelitian ini kami mempelajari bagaimana pola ini berubah hila sampel diberi magnetis~si. 2. Cuplikan yang digunakan, cuplikan serbuk paduan magnet permanen Nd2Fe14Byang dimagnetisasi pada harga medan magnet luar bervariasi. 3. Yang dimaksud anistropi magnetokristalin uniaksial adal::1hbahwa maIDen-maIDen magnetik atom akan terarahlmudah terarah pada satu sumbu kristal bahan saja, hila diberi medan magnet luar. Sumbu arc.hini disebut sebagai sumbu mudah magnetisasi.
ISSN 0216-3128
