Erfan Handoko 1, Iwan Sugihartono 1, Zulkarnain Jalil 2, Bambang Soegijono 3

Seminar Nasional Fisika 2013 ISSN 2088-4176 Pusat Penelitian Fisika-LIPI Serpong, 4 September 2013 __________________________________________________________________________________

SINTESIS DAN KARAKTERISASI MATERIAL MAGNET HIBRIDA BaFe12O19 - Sm2Co17

Erfan Handoko1, Iwan Sugihartono1, Zulkarnain Jalil2, Bambang Soegijono3 1

Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Jakarta, Jl. Pemuda No.10 Rawamangun Jakarta 13220. Indonesia Tel : (021) 4894909 Fax : (021) 4894909 2 Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh. Indonesia 3 Departemn Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia, Depok 16424. Indonesia Email : [email protected]

ABSTRAK Barium heksaferat, BaFe12O19, sebagai magnet permanen telah mencapai lebih 50 % dalam aplikasinya. Sifat kemagnetan yang jauh lebih rendah dibandingkan magnet permanen berbasis logam tanah jarang seperti Sm2Co17 telah menjadi peluang untuk ditingkatkan melalui rekayasa struktur. Dalam penelitian ini telah dilakukan pembuatan magnet hibrida BaFe12O19/Sm2Co17 dengan komposisi 70 : 30 % berat melalui proses penghalusan dengan menggunakan vibration ball mill (VBM) selama 30 jam. Analisis struktur dengan difraksi sinar-X (XRD) menggunakan radiasi CoKα dalam interval 2θ antara 20o sampai 100o , pengamatan morfologi menggunakan scanning electron microscope (SEM) pada pembesaran 5000 kali, dan Permagraph pada medan magnet luar maksimum 2 T untuk memperoleh sifat kemagnetan. Material magnet hibrida BaFe12O19/Sm2Co17 yang dihasilkan setelah melalui proses perlakukan panas 800oC selama 30 menit menunjukkan telah terjadi dekomposisi fasa menjadi Fe3O4, FeO, Fe, dan Sm2Co7. Kurva histerisis yang diperoleh memiliki koersivitas intrinsik 25,46 kA/m dan magnetisasi saturasi 0,53 T yang merupakan sifat kemagnetan dari magnet permanen. Kata kunci : Barium heksaferat, Sm2Co17 , magnet hibrida, magnet permanen PENDAHULUAN Inovasi material magnet permanen yang berbasis logam tanah jarang (rare earth) dan memiliki sifat kemagnetan unggul masih terus dilakukan oleh banyak peneliti bahan magnet[1-3]. Demikian juga dengan sistem keramik barium atau stronsium heksaferat (Ba,Sr)Fe12O19 yang memiliki sumber bahan baku yang cukup banyak berbasis besi oksida [4-5]. Rekayasa struktur melalui proses sintesis telah banyak dilakukan dalam menghasilkan material magnet unggul[6-7] dan mampu menghasilkan sifat kemagnetan ekstrinsik yang mencapai 90-100 % nilai intrinsiknya. Hal ini menunjukkan bahwa penelitian jenis-jenis senyawa magnetik baru menjadi sangat mendesak untuk dikembangkan. Dalam penelitian ini telah dilakukan rekayasa struktur material magnet barium heksaferat BaFe12O19 yang dikombinasikan dengan magnet berbasis logam tanah jarang Sm2Co17 yang memiliki ____________________________________________________________________________________ SINTESIS DAN KARAKTERISASI MATERIAL MAGNET HIBRIDA BaFe12O19 - Sm2Co17 (Erfan Handoko, dkk.)


sifat kemagnetan jauh lebih unggul. Kombinasi yang disebut dengan material magnet hibrida BaFe12O19/Sm2Co17 telah menghasilkan struktur dan sifat kemagnetan yang berubah setelah proses pencampuran secara mekanik dan perlakuan panas.

METODE EKSPERIMEN Magnet hibrida komposisi 70% BaFe12O19 dan 30 % Sm2Co17 (persen berat) dilakukan proses pencampuran melalui metode mechanical mixing selama 30 jam sehingga diperoleh campuran homogen dan campuran yang dipadatkan berdiameter 10 mm setelah dikompaksi dengan tekanan 5 ton dilanjutkan perlakukan panas temperatur 800oC dalam suasana gas argon. Analisis fasa-fasa magnetik diketahui dengan difraksi sinar-X Phillips radiasi Co Kα pada interval sudut (2θ) 20o-100o. Morfologi butir-butir fasa diketahui menggunakan scanning electron microscope (SEM) 5310LV Jeol. Sifat kemagnetan magnet hibrida diperoleh dari kurva histerisis yang dihasilkan dengan alat Permagraph pada temperatur kamar dan medan magnet luar maksimum 2 T. . HASIL DAN PEMBAHASAN Identifikasi fasa-fasa magnet hibrida Hasil proses pencampuran mekanik, serbuk magnet hibrida komposisi 70% BaFe12O19 dan 30 % Sm2Co17 (persen berat) dipadatkan dan dilakukan proses perlakuan panas pada temperatur 800oC selama 30 menit dalam suasana gas argon. Gambar 1a merupakan pola difraksi sinar-X fasa BaFe12O19 sebelum proses pencampuran mekanik dan perlakuan panas. Gambar 1b memperlihatkan hasil analisis kualitatif magnet hibrida setelah perlakuan panas 800oC dihasilkan telah terjadi dekomposisi fasa BaFe12O19 menjadi fasa magnetit Fe3O4, wustit FeO, dan Fe. Sedangkan Sm2Co17 menjadi Sm2Co7. Untuk fasa barium oksida sebagai akibat dekomposisi fasa, tidak terdeteksi puncak difraksinya dikarenakan jumlahnya yang sedikit. Dekomposisi fasa terjadi dapat dimungkinkan karena semakin halus dan bertambahnya luar permukaan partikel masing – masing komposisi magnet hasil proses milling selama 30 jam. Sehingga proses perlakuan panas meskipun dalam suasana argon yang mengalir telah mengakibatkan masih terjadiya oksidasi.

____________________________________________________________________________________ SINTESIS DAN KARAKTERISASI MATERIAL MAGNET HIBRIDA BaFe12O19 - Sm2Co17 (Erfan Handoko, dkk.)


Gambar 1. Pola difraksi sinar-X (a) magnet barium heksaferat BaFe12O19 dan (b) hibrida BaFe12O19/Sm2Co17 setelah perlakuan panas. Struktur mikro Struktur mikro yang diperoleh dengan SEM menghasilkan foto morfologi pada perbesaran 5000 kali yang memperlihatkan bentuk butir-butir (grains) magnet hibrida BaFe12O19/Sm2Co17.

Gambar 2. Foto SEM morfologi struktur mikro magnet hibrida BaFe12O19/Sm2Co17 setelah perlakuan mekanik dan panas.



Terlihat secara keseluruhan butir-butir magnet menjadi homogen dengan ukuran kurang dari 0,5 µm (gambar 2). Proses pencampuran mekanik dengan VBM dengan perbandingan material magnet dan bola baja 1 : 10 telah mereduksi ukuran partikel yang lebih halus dan juga menjadikan campuran lebih homogen. Perlakuan mekanik pada material magnet hibrida juga mengakibatkan bertambahnya luas permukaan partikel secara keseluruhan dan residual stress yang mengakibatkan kristal dalam keadaan tidak sempurna. Sehingga hal ini menjadi faktor terjadinya dekomposisi fasa.

Sifat kemagnetan Kurva histerisis magnet hibrida komposisi 70% BaFe12O19 dan 30 % Sm2Co17 (persen berat) setelah perlakuan panas 800oC diperoleh dari hasil pengukuran dengan Permagraph pada temperatur kamar (gambar 3).

Gambar 3. Kurva histerisis (a) magnet barium heksaferat BaFe12O19 (BHF) dan (b) hibrida BaFe12O19/Sm2Co17 setelah perlakuan panas. Sifat kemagnetan yang merupakan data yang diturunkan dari kurva histerisis menghasilkan nilai magnetisasi saturasi (Ms), magnetisasi sisa atau remanen (Mr), dan koersivitas (Hc) dari magnet barium heksaferat BaFe12O19 dan hibrida BaFe12O19/Sm2Co17 setelah perlakuan panas terangkum pada tabel 1 berikut. Terlihat telah terjadi perubahan sifat kemagnetan secara signifikan. Menurunnya koersivitas (Hc) pada magnet hibrida apabila dibandingkan dengan sifat kemagnetan BaFe12O19 dikarenakan akibat terjadinya dekomposisi fasa. Sedangkan meningkatnya nilai magnetisasi sisa (Mr) dan nilai magnetisasi saturasi (Ms) karena adanya fasa besi (Fe) hasil dari dekomposisi yang memiliki nilai Ms yang tinggi. ____________________________________________________________________________________ SINTESIS DAN KARAKTERISASI MATERIAL MAGNET HIBRIDA BaFe12O19 - Sm2Co17 (Erfan Handoko, dkk.)


Tabel 1. Sifat kemagnetan magnet barium BaFe12O19/Sm2Co17 setelah perlakuan panas.

heksaferat

BaFe12O19

dan

Magnet

Coercivity Hc (kA/m)

Remanence Mr (T)

Saturation Magnetisation Ms (T)

Ratio Mr / Ms

BaFe12O19

274.02

0.117

0.188

0.62

BaFe12O19/Sm2Co17

25.46

0.155

0.530

0.29

hibrida

KESIMPULAN Hasil penelitian

rekayasa struktur material magnet barium heksaferat BaFe12O19 yang

dikombinasikan dengan magnet berbasis logam tanah jarang Sm2Co17 atau disebut dengan material magnet hibrida BaFe12O19/Sm2Co17 , dapat disimpulkan bahwa telah disintesis magnet hibrida BaFe12O19/Sm2Co17 melalui metode mechanical mixing. Perlakuan panas 800oC dihasilkan telah terjadi dekomposisi fasa BaFe12O19 menjadi fasa magnetit Fe3O4, wustit FeO, dan Fe. Sedangkan Sm2Co17 menjadi Sm2Co7.. Nilai magnetisasi saturasi dan remanen cendrung menurun sebagai pengaruh perlakuan panas. Sedangkan koersivitas meningkat akibat ukuran partikel yang mengecil dan fasa Sm2Co17 masih dapat dipertahankan. Telah terjadi perubahan sifat kemagnetan secara signifikan dengan menurunnya koersivitas (Hc) dari 274.02 kA/m menjadi 25.46 kA/m pada magnet hibrida apabila dibandingkan dengan sifat kemagnetan BaFe12O19 dikarenakan akibat terjadinya dekomposisi fasa.

UCAPAN TERIMA KASIH Peneliti mengucapkan banyak terima kasih kepada Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan RI melalui Lembaga Penelitian Universitas Negeri Jakarta (UNJ) atas program penelitian Hibah Bersaing No. 04/UN39.9/PL/Hibah Bersaing/V/2013.

DAFTAR PUSTAKA [1].

G. Hoffer and Strnat, IEEE Trans. Magn. Mag. 21 (1966), 487. M. Sagawa, S. Fujimura, H. Yamamoto, Y. Matsuura and S. Hirosawa, J. Appl. Phys., 57 1984), 2078

[2].

J. Smit and H.P.J. Wijn, "Ferrite", Willey, New York (1959)

[3]

J. Ormerod, Metals and Materials, 4 (1989), 478-482

[4].

K.H.J. Buschow, Mat. Sci. Reports, 1 (1986), pp 1-64



[5].

H.A. Davies, in Rapidly Quenched Metals III, ed. B.Cantor, 1, the Chameleon Press Ltd, London (1988), pp 8-14

[6].

R. Skomski and J.M.D. Coey, IEEE Trans. Magn., 29 (1993), 2860

[7].

C. Suryanarayana, Int. Materials Reviews, 40 (1995), 41


Erfan Handoko 1, Iwan Sugihartono 1, Zulkarnain Jalil 2, Bambang Soegijono 3

Recommend Documents