## PISTON
Journal of Technical Engineering:
Bonded Magnet Permanen Nd 2 Fe 14 B dengan Perekat

## Silicone Rubber dan Karakterisasinya
Djuhana, Sunardi, dan Mulyadi a)
Jurusan Teknik Mesin, Universitas Pamulang, Tangerang Selatan
Email: a) dosen01545@unpam.ac.id
Masuk : 5 April 2017 Direvisi : 10 Mei 2017 Disetujui : 10 Mei 2017
Abstrak: Bonded magnet permanen dibuat dengan variasi: 95 %wt. Nd 2 Fe 14 B dengan 5% SR, 90 %wt. Nd 2 Fe 14 B dengan 10% SR, 85 %wt. Nd 2 Fe 14 B dengan 15% SR, dan 80 %wt. Nd 2 Fe 14 B dengan 20% SR. Kedua bahan baku dicampur dengan menggunakan  mixer  hingga  homogen  dan  berbentuk  pasta.  Selanjutnya,  campuran  tersebut  dituang  ke  dalam  cetakan  dan dibiarkan  pada  suhu  ruang  selama  4  jam.  Sampel  yang  telah  kering  dikeluarkan  dari  cetakan  dan  dikarakterisasi  melalui pengukuran bulk density dan pengukuran kurva histerisis menggunakan BH- curve Permeagraph. Hasil XRD serbuk Nd 2 Fe 14 B (NQP-B) yang dianalisis dengan program GSAS diperoleh bahwa serbuk tersebut memiliki komposisi fasa Nd 2 Fe 14 B = 78,14% dan fasa Fe = 21,86%. Komposisi silicone rubber (SR) memberikan pengaruh yang signifikan terhadap nilai bulk density dan sifat magnetiknya. Sampel dengan 5% berat SR memiliki bulk density terbesar yaitu = 4,67 g/cm 3 , sampel dengan 10% sampai 20% berat SR memiliki nilai bulk density yang lebih rendah yaitu masing masing 3,12 g/cm 3 sampai 3,72 g/cm 3 . Hasil dari kurva histerisis BH- curve menunjukkan bahwa semakin banyak persentase SR maka sifat magnetiknya cenderung menurun. Nilai remanansi tertinggi (B r ) adalah = 4,85 kG pada sampel dengan 5% berat SR, tetapi sampel dengan 20% berat SR memiliki nilai B r terendah yaitu 2,47 kG.
Kata Kunci: magnet permanen, Nd 2 Fe 14 B , silicone rubber, BH- curve
Abstract: Bonded permanent magnet has been made by using composition: 95 wt.% Nd 2 Fe 14 B with 5% SR, 90 wt.% Nd 2 Fe 14 B with 10% SR, 85 wt.% Nd 2 Fe 14 B with 15% SR, and 80 wt.% Nd 2 Fe 14 B with 20% SR. Both raw materials were mixed until homogen and  formed a  pasta. Then  the pasta  was  casted  to  mould  and dried  at  room  temperature  for  4  hours.  The  dried samples were released from the mould and continued with characterization for measurement of bulk density and measurement of  hysteresis  by  using  BH-curve  permeagraph.  The  XRD  result  of  Nd 2 Fe 14 B  (NQP-B)  shows  that  the  powder  of  Nd 2 Fe 14 B (NQP-B)  contains  phases  :  Nd 2 Fe 14 B  =  78.14%  and  Fe  =  21.86%.  The  composition  of  silicone  rubber  (SR)  influences siqnificantly to bulk density and magnetic properties. Sample with 5 % of SR has highest bulk density (4.67 g/cm 3 ), sample with 10 % to 20 % of SR have lowest bulk density value, respectively: 3.12 g/cm 3 and 3.72 g/cm 3 . The results of measurement of  hysteresis  curve  found  that  the  amount  of  SR  is  more  higher  so  the  magnetic  properties  decline.  The  highest  value  of remanence is 4.85 kG at samples with 5 wt.% of SR, but sample with 20 wt.% of SR has lowest value of remanence (2.47 kG).
Keywords: permanent magnet, Nd 2 Fe 14 B, silicone rubber, BH-curve

## PENDAHULUAN
Material magnet permanen telah lama dikembangkan, mulai dari besi magnet, logam paduan magnet, magnet dari keramik, serta pengembangan magnet yang memiliki peforma tinggi yaitu material magnet berbasis logam tanah jarang. Magnet permanen berbasis logam tanah jarang Re-Fe-B (Re = Nd, Pr) dapat menghasilkan energi produk (BH max ) yang paling tinggi jika dibandingkan dengan jenis magnet lainnya, yaitu sekitar 50 MGOe [1]. Magnet permanen berjenis Re-Fe-B terbuat dari paduan logam tanah jarang berjenis Neodymium (Nd), Besi (Fe), dan  Boron  (B),  dengan  struktur  kristal  dari  magnet  Nd 2 Fe 14 B  yaitu  tetragonal  [2].  Kelebihan  dari  magnet permanen berbasis Nd-Fe-B ini adalah memiliki induksi magnet saturasi yang tinggi mencapai 1,6 T atau 16 kG, dengan  induksi  remanensi  B r tertinggi  saat  ini  mencapai  1,53  T  atau  15,3  kG  [3].  Aplikasi  maget  permanen berbasis  Nd-Fe-B  cukup  banyak  yaitu:  untuk  komponen  motor  listrik,  komponen  generator  listrik,  komponen elektronik, dan komponen sensor [4].
Magnet  permanen  dapat  dibagi  menjadi  2  tipe  yaitu sintered magnet  permanen,  dan  non sintered magnet permanen. Sintered magnet permanen Nd 2 Fe 14 B dibuat melalui proses densifikasi pada suhu tinggi sekitar 1000- 1100 o C [5]. Sedangkan non sintered magnet permanen merupakan produk magnet permanen yang dibuat tanpa melalui  proses  densifikasi  pada  suhu  tinggi  (proses  sintering).  Jenis  magnet  seperti  ini  disebut  juga  sebagai komposit magnet permanen Nd 2 Fe 14 B. Bonded magnet  merupakan  perpaduan  dari  partikel-partikel  magnetik  Nd 2 Fe 14 B  dengan  partikel  polimer, dimana  material  polimer  berfungsi  sebagai  perekat  antar  partikel-pertikel  magnetik  [6].  Ada  berbagai  jenis polimer yang digunakan, antara lain: epoxy resin, silicone rubber , polypropylene (PP), polyethylene (PE), high density  polyethylene  (HDPE), polyamide , nylon dan  lain-lain  [6,7,8,9]. Bonded magnet  Nd 2 Fe 14 B  memiliki ketahanan korosi yang baik karena permukaan partikel-partikel magnetiknya sudah terlapisi atau terlindungi oleh material polimer [6]. Keunggulan lain dari bonded magnet permanen adalah proses fabrikasinya jauh lebih mudah dan biaya produksi yang lebih murah.
Pada umumnya bonded magnet permanen Nd 2 Fe 14 B memiliki sifat magnet yang lebih rendah dibandingkan dengan sintered magnet Nd 2 Fe 14 B. Oleh karena itu, aplikasinya terbatas pada komponen motor-motor listrik yang kecil seperti motor power window dan motor untuk wiper mobil [4]. Mehrdad et al. [5] melaporkan bahwa bonded magnet permanen yang dibuat dari campuran 5% PEG dan 95% serbuk NdFeB menghasilkan magnet permanen dengan remanensi (B r ) = 3,82 kG, koersivitas (H c ) = 8,415 kOe, dan energi produk BH max = 14,454 MGOe. Dalam penelitian lainnya, Suprapedi et al. [10] membuat bonded magnet permanen dari 97 %wt. NdFeB (NQP-B) dan 3%wt. rubber . Dari penelitian tersebut diperoleh nilai bulk density = 4.88 g/cm 3 , B r = 5.12 kG, H c = 6.02 kOe, BH max = 10.12 MGOe, dan magnetic flux density = 1820 G. Penelitian  ini  dilakukan  untuk  optimalisasi  pembuatan bonded magnet  permanen  Nd 2 Fe 14 B  dan  untuk mengetahui pengaruh komposisi polimer silicone rubber terhadap densitas dan sifat magnetnya.

## METODOLOGI
Pada penelitian ini digunakan serbuk magnet Nd 2 Fe 14 B type NQP B dengan ukuran partikel <76 µ m. Polimer yang  digunakan silicone  rubber (SR)  RTV  682  dari  PT  Brataco  Chemical.    Preparasi  sampel  diawali  dengan mencampurkan serbuk magnet Nd 2 Fe 14 B dengan polimer silicone rubber . Komposisi yang digunakan adalah 95 %wt. Nd 2 Fe 14 B dengan 5% SR, 90 %wt. Nd 2 Fe 14 B dengan 10% SR, 85 %wt. Nd 2 Fe 14 B dengan 15% SR, juga 80 %wt. Nd 2 Fe 14 B dengan 20% SR . Kedua bahan baku dicampur dengan menggunakan mixer sampai homogen dan berbentuk  pasta.  Kemudian  masing-masing  komposisi  ditambahkan  katalis  0,5%  dari  berat  SR  dan  diaduk kembali. Selanjutnya sampel dituang ke cetakan dan dibiarkan pada suhu ruang selama 4 jam. Sampel yang telah kering dikeluarkan dari cetakan dan di karakterisasi yaitu : pengukuran bulk density dengan menggunakan prinsip Archimedes  dan  kurva  histeresis  dengan  Permagraph  C  dari  Magnet-Physik  Dr.  Steingroever  GmbH.  Melalui pengukuran kurva histerisis dapat diketahui nilai-nilai remanensi B r , koersivitas H c dan energi produk BH max .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil difraksi  sinar- x serbuk  Nd 2 Fe 14 B diperlihatkan pada Gambar 1. Berdasarkan analisa dengan GSASS diperoleh fasa utama adalah Nd 2 Fe 14 B [ICDD-96-100-8719] sebesar 78,14%  dan fasa minor adalah Fe [ICDD- 96-901-3473] sebesar 21,86%.
Gambar 1. Pola difraksi sinar- x untuk serbuk Nd 2 Fe 14 B.
Hasil pengukuran densitas ( bulk density ) diperlihatkan pada Gambar 2. Nilai densitas sangat dipengaruhi oleh komposisi bahan penyusunnya. Semakin banyak komposisi silicone rubber (SR) maka nilai densitas cenderung mengecil. Hal ini sesuai dengan densitas masing-masing penyusunnya yaitu nilai densitas dari SR lebih rendah dibandingkan densitas serbuk Nd 2 Fe 14 B. Nilai densitas komposit tertinggi diperoleh pada sampel dengan 5% SR yaitu 4,67 g/cm 3 dan nilai terendah dicapai pada 20% SR yaitu 3,12 g/cm 3 .
5 10 15 20 3 4 5 4,67 3,72 3,25 3,12 Bulk Densit y ( g/cm 3 ) Sillicone Rubber ( %wt. )
Gambar 2. Kurva hubungan densitas terhadap komposisi silicone rubber .
Masing-masing sampel dilakukan magnetisasi dengan medan magnet sebesar 8 kG dan diukur menggunakan Gauss Meter untuk mengetahui nilai fluks densitasnya. Hasil pengukuran fluks densitas ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Nilai fluks densitas untuk berbagai komposisi silicone rubber (SR)
Komposisi Silicon Rubber (%wt.) Fluks Densitas (G) 5 1070 10 1050 15 620 20 450
Fluks densitas adalah besaran magnet pada permukaan sampel yang diukur menggunakan Gauss Meter. Nilai fluks densitas cenderung menurun dengan meningkatnya komposisi SR. Hal ini tentunya berkaitan dengan sifat material  SR  yang  non  magnetik.  Bila  jumlah  non  magnetiknya  meningkat  maka  sifat  magnetiknya  cenderung menurun. Nilai tertinggi fluks densitas pada sampel dengan 5 % SR yaitu sekitar 1070 G.
Hasil  pengujian  BH- curve dari  masing-masing  sampel  diperoleh  nilai  besaran-besaran  sifat  magnet  yaitu remanensi magnet (B r ), koersivitas (H c ) dan energi produk BH max . Pada Gambar 3 ditunjukkan kurva hubungan antara besaran-besaran sifat magnetik terhadap komposisi SR.
1 2 3 4 0 2 4 6 8 7,984 7,231 6,318 5,412 4,85 3,43 2,83 2,47 3,98 2,59 1,1 0,68 BH max H c H c (k Oe) / B r (Gau ss ) / BH max (MGOe) Sillicone Rubber (%wt.) B r
Gambar 3. Kurva hubungan B r , H c , dan BH max terhadap komposisi silicone rubber .
Komposisi polimer SR memberikan pengaruh yang signifikan terhadap sifat magnetnya, karena polimer SR tersebut  mengikat  dan  menyelimuti  partikel-partikel  magnetik  Nd 2 Fe 14 B,  sehingga  dapat  mempengaruhi  sifat magnet secara keseluruhan. Nilai B r , H c , dan BH max cenderung menurun, seperti halnya pada hasil di Tabel 1. Hal ini berkaitan dengan sifat dari bahan non magnetik silicon rubber .

## KESIMPULAN
Polimer dalam komposit Nd 2 Fe 14 B- silicon rubber (SR) berfungsi sebagai perekat antar partikel-partikel magnetik. Untuk aplikasinya sebagai komponen mekanik, elektrik dan elektronik diperlukan fluks densitas dan remanensi yang besar. Efek komposisi polimer SR memberikan efek yang signifikan terhadap densitas dan sifat magnetiknya. Kondisi optimum dicapai pada penambahan 5 % berat SR dengan besar fluks magnetik 1070 G dan remanensi B r = 4,85 kG.

## DAFTAR REFERENSI
[1]. M.  Ginting,  Muljadi,  P.  Sebayang,  “Pembuatan  magnet  permanen  isotropik  berbasis  Nd-Fe-B  dan karakterisasinya,” Teknologi Indonesia , vol. 29, no. 1, hal. 27-30, 2006.
[2]. L. K. E. B. Serrona, A. Sugimura, N. Adachi, T. Okuda, H. Ohsato, D. H. Ping, K. Hono, I. Sakamoto, “Structure  and  magnetic  properties  of    high  coercive  NdFeB  films  with  a  perpendicular  anisotropy,” Applied Physics Letters , vol. 82, no. 11, hal. 1751-1753, 2013.
[3]. Y. B. Kim, H. T. Kim, S.  H.  Cho, G.  A. Kapustin,   “Microstructure and  magnetic propertiesof  NdFeB magnet fabricated by current-applied pressure-assisted process,” Material Science , vol. 21, no.1, hal. 141- 146, 2003
[4]. L. A. Dobrzański, B. Ziębowicz, M. Drak, “Mechanical properties and the structure of magnetic composite materials,” Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering , vol. 18, no. 1-2, hal. 79-82, 2006.
[5]. J. Ormerod, Bonded Magnets: A Major Force for the 21st Century, Intertech Bonded Magnet, 2000.
[6]. B. M. Ma, J. W. Herchenroeder, B. Smith, M. Suda, D. N. Brown, Z. Chen, “Recent development in bonded NdFeB magnets,” Journal of Magnetism and Magnetic Materials , vol. 239, hal. 418–423, 2002.
[7]. A.  S.  Dhillon,  L.  Singh,  Amardeep,  “Comparison  of  performance  of  the  bonded  and  loosely  bonded magnetic abrasives,” International Journal of Research in Engineering and Technology , vol. 04, no. 08, hal. 316-320, 2015.
[8]. X. Zhang,  W. Xiong, “Effect of bonding process on the properties of isotropic epoxy resin-bonded Nd- Fe-B magnets,” Rare Metals , vol. 28, no. 3, hal. 248-252, 2009.
[9]. Suprapedi,  P.  Sardjono,  Muljadi,  “Physical  and  magnetic  properties,  microstructure  of  bonded  magnet NdFeB prepared by using synthesis rubber,” Journal of Physics: Conference Series , 776, 012015, 2016.