* Corresponding author : 1 Email: nauval911@gmail.com DOI: http://dx.doi.org/10.37209/jtbbt.v9i1.111
PENINGKATAN KOERSIVITAS MAGNET PERMANEN TIPE Nd 2 Fe 14 B DENGAN METODA PERLAKUAN PANAS

## COERCIVITY ENHANCEMENT oF Nd 2 Fe 14 B-TYPE PERMANENT MAGNET BY HEAT TREATMENT METHOD
Sri Bimo Pratomo 1 , Dagus Remana Djuanda 1 , Prima Rizki Nurqiat 2 , Muhammad Nauval Fauzi 1* , Eva Afrilinda 1
1 Balai Besar Logam dan Mesin (BBLM), Kementerian Perindustrian Jalan Sangkuriang No.12 Bandung 40135-Indonesia
2 Universitas Jenderal Achmad Yani-Bandung Diterima: 16 Januari 2019 Direvisi: 7 Februari 2019 Disetujui: 5 Maret 2019

## ABSTRAK
Magnet  permanen  tipe  Nd 2 Fe 14 B  banyak  digunakan  sebagai  komponen  pada  motor  dan  generator  listrik. Dalam  aplikasi  tersebut,  magnet  permanen  terkena  beban  panas  akibat  terjadinya  induksi,  yang  mengakibatkan terjadinya  penurunan  koersivitasnya.  Oleh  karena  itu  dibutuhkan  cara  untuk  mendapatkan  magnet  permanen  yang memiliki  nilai  koersivitas  tinggi  agar  masih  dapat  bekerja  pada  lingkungan  bertemperatur  tinggi.  Penelitian  ini dilakukan untuk meningkatkan koersivitas magnet permanen tipe Nd 2 Fe 14 B dengan metode perlakuan panas. Proses perlakuan  panas  pada  sampel  dilakukan  dengan  cara  memvariasikan  temperatur  di  dalam vacuum  furnace dan ditahan  selama  2  jam,  dilanjutkan  dengan normalizing .  Sampel  tersebut  kemudian  dikarakterisasi  dengan Permagraph , XRD dan SEM .  Hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa  perlakuan  panas  pada  temperatur  850ºC  dapat meningkatkan koersivitas magnet permanen tipe Nd 2 Fe 14 B sampai dengan 41,6% dari 13,7 kOe menjadi 19,00 kOe. Kenaikan  ini  sebagai  akibat  dari  adanya  pemisahan  antar  butiran  Nd 2 Fe 14 B  setelah  perlakuan  panas  dengan penyebaran Nd-rich phase yang lebih merata di batas butirnya.
Kata kunci : Perlakuan panas, magnet permanen Nd 2 Fe 14 B, koersivitas, Nd-rich phase

## ABSTRACT
Nd 2 Fe 14 B-type permanent magnet are widely used as components in electric motors and generators. In such applications, permanent magnets are exposed to heat loads due to induction, which results decreased in coercivity. Therefore it  is needed to obtain permanent  magnets that  have high  coercivity values  so that they can still work in high temperature environments. This research  was conducted to increase the coercivity of permanent magnet type Nd 2 Fe 14 B by heat treatment method. The heat treatment temperature was varied for samples in the vacuum furnace and was held for 2 hours and continued with normalizing. The sample was then characterized by Permagraph, XRD and  SEM.  The  test  results  showed  that  heat  treatment  with  a  temperature  of  850ºC  increased  the  coercivity  of permanent  magnet  type  Nd 2 Fe 14 B  up  to  41.6%  from  13.7  kOe  to  19.00  kOe . This  was  due  to  Nd 2 Fe 14 B  grains separation after heat treatment with a more even distribution of  Nd-rich phase in the grain boundaries.
Keywords : Heat treatment, Nd 2 Fe 14 B permanent magnet, coercivity, Nd-rich phase

## PENDAHULUAN
Salah  satu  magnet  permanen  yang  dapat menghasilkan  energi  tinggi  adalah  tipe Rare Earth  Permanent  Magnet (REPM) Nd 2 Fe 14 B ( Neodymium Iron Boron) yang dapat menghasilkan energi  hingga 50  MGO,  memiliki
struktur  kristal  tetragonal  dengan  magnetik saturasi hingga 1,6T. Nd-Fe-B menunjukkan sifat magnetik  yang  sangat  baik  dan  saat  ini  banyak digunakan  untuk  berbagai  aplikasi  seperti  motor traksi kendaraan listrik (listrik hibrida), generator dan juga transformer. Material permanen magnet ini  dapat  memiliki  sifat  magnetik  karena  adanya
butiran  fasa  Nd 2 Fe 14 B,  dan  fasa Nd-rich , Boron- rich serta oksida pada batas butirnya. [1, 2, 3].
Besarnya  koersivitas  dan  remanensi permanen  magnet  dipengaruhi  oleh  ukuran butiran  ( grain  size )  dari  fasa  Nd 2 Fe 14 B  dan komposisi batas butir tersebut, serta parameter  lainnya  adalah  Temperatur Curie (Tc)  yaitu temperatur ketika magnet  tersebut kehilangan sifat magnetnya jika dioperasikan di  bawah  temperatur  tersebut.  Nd 2 Fe 14 B memiliki  temperatur  Curie  yang  rendah (312ºC)  hal  ini  yang  menyebabkan  magnet permanen  dengan  tipe  Nd 2 Fe 14 B  tidak  dapat diaplikasikan  dan tidak  dapat  diterapkan  di banyak  bidang  potensial  yang  membutuhkan temperatur operasi di atas 150°C [4, 5, 6, 7, 8, 14] .
Pada  dasarnya  ada  dua  kemungkinan untuk meningkatkan koersivitas pada temperatur tinggi, baik meningkatkan ketergantungan  temperatur  intrinsik  dari bahan atau mengembangkan koersivitas yang cukup pada temperatur kamar untuk menjamin  koersivitas  tetap  stabil  pada temperatur  tinggi .  Proses  perlakuan  panas merupakan salah satu metoda untuk meningkatkan  nilai  koersivitas  pada  suhu
kamar [15].
Penelitian
ini bertujuan untuk
meningkatkan nilai koersivitas magnet permanen  tipe  Nd 2 Fe 14 B  dengan  metode perlakuan panas, serta menganalisis pembentukan fasanya [7,9,13].

## BAHAN DAN METODE
Diagram alir proses penelitian disajikan pada  Gambar  1.  Bahan  yang  digunakan adalah  magnet  permanen  tipe  Nd-Fe-B. Variasi  temperatur  pada  proses  perlakuan panas  dalam  penelitian  ini  yaitu  800,  850, 900,  950,  1000  dan  1050 o C.  Temperatur ditahan  selama  2  jam  kemudian  didinginkan dengan  kipas (normalizing), dilanjutkan dengan tempering pada temperatur 500 o C,  selanjutnya  pendinginan  kembali menggunakan kipas.
Gambar 1 . Diagram Alir Proses Penelitian
Skema  proses  perlakuan  panas  terhadap material Nd 2 Fe 14 B dapat dilihat pada Gambar 2.

## Gambar 2 . Skema Tahapan Perlakuan Panas

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian ini menggunakan sampel magnet permanen tipe Nd 2 Fe 14 B dengan komposisi  yang  ditunjukkan  pada  Tabel  1.  Data hasil permagraph menunjukkan  nilai  koersivitas inisial sebesar 13,7 kOe.
Tabel 1 . Data Komposisi Material Magnet Permanen Tipe Nd 2 Fe 14 B No. Unsur wt (%) 1 Nd (Neodymium) 28,07 2 Fe (Iron) 70,2 3 B (Boron) 1,1 4 Nb (Neobium) 0,3 5 Ga (Galium) 0,33
Gambar 3. Fasa Sampel Inisial
Hasil  pengujian  dengan  menggunakan X- Ray  Diffraction (XRD) ,  menunjukkan  fasa  yang terdapat  pada  sampel  inisial  seperti  ditunjukkan pada  Gambar  3  adalah:  Fe  2,1%,  Nd  0,3%, Fe 17 Nd 2 5,2%  dan  Fe 23 B 6 ( iron  boride )  92,3%, Nd 2 Fe 14 B  ( neodymium  iron  boron )  0,1%.  Hasil perhitungan  kumulatif Nd rich  phase (Fe  +  Nd) adalah  2,4%  dan  Nd 2 Fe 14 B  (FeNd  +  FeB  + NdFeB) adalah 97,6%.
Struktur  mikro  dari  sampel  inisial  diamati dengan alat Backscattered Electrons (BSE) – SEM dan  hasilnya  dapat  dilihat  pada  Gambar  4.  Fasa Nd 2 Fe 14 B  berwarna  abu-abu  yang  terdapat  pada based  metal, dengan  penyebaran  yang  belum merata  dan  terdapat Nd rich  phase berwarna putih namun kurang jelas dan penyebarannyapun tidak begitu banyak.
Gambar 4. Struktur Mikro Sampel Inisial
Setelah  proses  perlakuan  panas,  terjadi kenaikan  nilai  koersivitas  yang  nilainya  dapat dilihat  pada  Gambar  5.  Proses  perlakuan  panas pada temperatur 850ºC, menghasilkan koersivitas dengan nilai paling tinggi, yaitu 19,00 kOe.
Gambar 5 . Grafik Pengaruh Perlakuan Panas terhadap Kenaikan Koersivitas
Hasil  pengujian  sampel  dengan X-Ray Diffraction (XRD) setelah proses perlakuan panas pada temperatur 850 o C ditunjukkan pada Gambar 6, yaitu iron (Fe) 25,2%, neodymium ( Nd) 3,1%, iron neodymium (Fe 17 Nd 2 ) 14,5% dan iron boride (Fe 23 B 6 ) 13,2%, neodymium iron boron (NdFeB) 44%.
Dengan  demikian  nilai  perbandingan  dari hasil  keseluruhan Nd rich  phase (Fe  +  Nd)  dan Nd 2 Fe 14 B (FeNd + FeB + NdFeB) adalah 28,3% : 71,7%.
Gambar 6 . Data XRD Sampel Setelah Perlakuan Panas pada Temperatur 850 o C
13,7 18,3 19 18 17,5 17 14.5 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Initial 800 850 900 950 1000 1050 K oe rs ivi tas ( Hc) K oe Temperatur (T) O C Nd rich phase (putih) Nd 2 Fe 14 B (Abu-Abu)
Inisial
Gambar 7 . Struktur Mikro Sampel Setelah Perlakuan Panas  pada Temperatur 850ºC
Pemeriksaan struktur mikro dengan menggunakan alat Backscattered  Electrons
(BSE – SEM) menunjukkan morfologi pertumbuhan Nd  rich  phase yang  berwana  putih dengan  penyebaran  yang  merata,  seperti  yang ditunjukkan  pada  Gambar  7.  Dengan  demikian gambar  batas  butir  antara  butiran  Nd 2 Fe 14 B semakin jelas, terjadi pemisahan secara magnetik antar  butir.  Temperatur  850 o C  merupakan temperatur semi solid untuk Nd yang menghasilkan mekanisme difusi terhadap Nd 2 Fe 14 B  di  batas  butir  yang  mengakibatkan jarak  antar  butiran  Nd 2 Fe 14 B  lebih  jauh  jika dibandingkan  antara  sampel  inisial  dengan sampel  setelah  perlakuan  panas  pada  temperatur 850 o C.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  jarak  antar butir akan berpengaruh terhadap nilai  koersivitas [5,9].

## KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  ini  didapatkan  bahwa temperatur  850 o C  menghasilkan  nilai  koersivitas yang  optimum  sebesar  19,00  kOe  dengan  nilai perbandingan  kandungan  fasa Nd  rich dan Nd 2 Fe 14 B  adalah  28,3%  :  71,7%.  Peningkatan koersivitas  ini  disebabkan  oleh  terjadinya penyebaran  dan  penebalan Nd  rich  phase akibat difusi Nd yang memisahkan butiran Nd 2 Fe 14 B.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada: Dr.  Shinta  Virdhian,  S.T.,  M.Sc  yang  telah banyak  memberikan  motivasi,  kesempatan  dan sumbangan  pikirannya  serta  semua  pihak  pada umumnya yang telah membantu dalam penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] J.D  Livingstone.,  “Workshop  on  Rare Earth  Magnets  and  Their  Applications edited  by  K.J  Strnat”., In  Proceedings of  8th  International , Published  by
University of Dayton ., Ohio: p423-440, 1985. [2] Rezende,  Cardoso,  D.Hamric.,  “Rare- Earth  Metal  Long  Term  Air  Exposure Test”. Metallium Inc . Accessed on 30 March 2018. From https://www.elementsales.com/re_exp/
[3] Aryanto.,  N.C.J  Widodo.,  Raharjo  P., “Keterkaitan  Unsur  Tanah  Jarang Terhadap  Mineral  Berat  Ilmenit  dan Rutil Perairan Pantai Gundi”., Bangka. Jurnal  Geologi  Kelautan .  Volume  1.,
No. 2, 2003.
DOI: http://dx.doi.org/10.32693/jgk.1.2 .2003.95. [4] Angelo P.C., Subramanian R.., “Technology and
Applications
Powder”., Metallurgy:  Science,  New Delhi:  Published  by  Prentice-Hall of India Pvt . Ltd., p295-318., 2008.
[5] Azwar M. “Magnet Permanen Berbasis Nd2Fe14B”., Dalam Prosiding Seminar  Nasional  Bahan  Magnet  I .
Serpong., Hal 5-12, 2000. [6] J.F  Herbst,  W.B  Yelon.,  “Preferential Site Occupation and Magnetic Structure of Nd 2 (CO x Fe 1-x ) 14 B Systems”. Journal  Applied  Physics . Vol. 60, p4224, 1986.
DOI :https://doi.org/10.1063/1.337511.
[7] P. Sardjono, W.A Adi, P. Sebayang, M. Muljadi,. “Analisis Fasa dan Sifat Magnetik pada Komposit BaFe12O19/Nd2Fe14B Hasil Mechanical Milling”., Indonesian
Journal  of  Materials  Science .  Vol  13. No. 2., 2012.
DOI:   http://dx.doi.org/10.17146/jsmi.2 012.13.2.4721.
[8] S.  Puneet.  R.A.  Rocha,  S.N  de
Modeiros,  A.  Paesano,  B.  Hallauche.,
“Structural  Mossbauer  and  Magnetic
Nd rich phase (putih) Nd 2 Fe 14 B (Abu-Abu)

## Studied  on  Mn  substituted  Barium
Hexaferites  Prepared  by  High  Energy Ball  Milling”. Proceedings  of  the  10 th
Latin  American  Conference  on  the Application of Mossbauer Effect (2008) .,  Brazil:  LACAME.  p77-84.,
2006.
DOI: 10.1007/978-3-540-85559-0_12.
[9] Kusharjanto.,  “Perlakuan  Panas  dan Metalografi”., Laboratoria Metalurgi., Penerbit  Universitas  Jendral  Ahmad Yani ., Bandung ,1998.
[10] C.  R.  Hammond.,  “The  Elements  in Handbook of Chemistry and Physics”., 81st  edition .  Boca  Raton  :  CRC  press. p4.1 – 4.34., 2000.
[11] K.T  Rim,  K.H  Koo,  J.S  Park., “Toxicological  Evaluations  of  Rare Earth  and  Their  Health  Impacts  to Workers”., Safe  Health  Work  Journal . Vol 4. No. 1. p12-26., 2013.
[12] W. Callister, D. Rethwisch., “Materials Science and Engineering: An
Introduction.  6 th ed”.,  Department  of Metallurgical  Engineering.  University
of  Utah  : Published  by  John  Wiley  & Sons Inc . p312-320., 2017.
[13] O.  R.  Adetunji,  P.  O.  Aiyedun,  S.  O. Ismaila.,  and  M.  J.  Alao.,  “Effect  of Normalizing and Hardening on Mechanical  Properties  of  Spring”., Journal  of  Minerals  and  Materials Characterization  and  Engineering ., Vol. 11. Published August 2012., p832- 835., 2012.
[14] Michael  Weickhmann.,  “Nd2Fe14B Magnets  Properties  and  Application”., KG Hanau,. Germany Revised, Vacuum Schmelze Gmbh & Co ,. 13-03- 2009.
[15] F.  Vial.,  F.  Joly.,  E.  Nevalainen.,  M. Sagawa.,  K.  Hiraga.,  K.T.  Park.,
“Improvement of Coercivity of Sintered NdFeB Permanent Magnets by Heat Treatment”.
Journal of Magnetism  and  Magnetic  Materials .
Vol  242-245.  Part  2.  P1329-1334., 2002.
DOI  :  https://doi.org/10.1016/S0304- 8853(01)00967-2