## PISTON Journal of Technical Engineering:
Pembuatan dan Pengujian Bulk Density , Fluks Magnetik, dan Mikrostruktur pada Hybrid Magnet Berbasis
NdFeB / BaFe 12 O 19
Djuhana 1 , Muljadi 1, *, Sunardi 1 , dan Priyo Sardjono 2
1 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Pamulang, Jl. Surya Kencana No. 1, Tangerang Selatan, Indonesia
2 Pusat Penelitian Fisika – LIPI, Gd. 440 Kawasan PUSPIPTEK, Tangerang Selatan, Indonesia
E-mail: dosen01545@unpam.ac.id
Masuk : 5 Oktober 2017
Direvisi : 16 Oktober 2017 Disetujui : 24 Oktober 2017
Abstrak: Telah dilakukan pembuatan hybrid magnet permanen berbasis NdFeB dengan penambahan BaFe 12 O 19 ( 5, 10, 15, dan  20  %  wt).  Aplikasi  hybrid  magnet  permanen  NdFeB  untuk  komponen  motor  dan  generator  listrik  skala  kecil.  Tujuan penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui  pengaruhnya  penambahan  BaFe 12 O 19 terhadap  densitas,  fluks  magnetik  dan mikrostruktur dari hybrid magnet NdFeB. Proses preparasi bahan baku mulai dari pencampuran serbuk NdFeB tipe MQP-B+ dengan  BaFe 12 O 19 ,  digerus  dan  dicampur  bahan  perekat Epoxy  Resin sebanyak  6  %wt  dan  dicetak  dengan  gaya  8  tonf sehingga membentuk pellet dengan diameter 18,5 dan tebal 4,3 mm. Sampel yang telah dicetak kemudian dikeringkan  pada kondisi vacuum (±15  mbar)  dengan  temperatur  80°C  ditahan  selama  1  jam.  Karakterisasi  yang  dilakukan  meliputi pengukuran bulk  density , microstructurer menggunakan Optical  Microscope dan  sifat  magnet  dengan  menggunakan Gaussmeter . Dari hasil karakterisasi secara keseluruhan diperoleh kondisi optimum pada komposisi hybrid magnet NdFeB adalah 95% NdFeB, 5 %wt BaFe 12 O 19 . Sifat-sifat hybrid magnet NdFeB tersebut adalah bulk density = 4,469  g/cm 3 , Fluks magnetik = 1029,85 Gauss, ukuran bulir (grain size) sekitar 4,1 – 5,2 µm.
Kata kunci: BaFe 12 O 19 , NdFeB, Epoxy Resin , Densitas, Fluks Magnetik, Mikrostruktur, Hybrid Magnet
Abstract: NdFeB-based permanent hybrid magnets have been made with the addition of BaFe 12 O 19 (5, 10, 15, and 20 wt%). The applications of NdFeB permanent magnet hybrid are for component of motor  and small-scale electrical generators. The purpose of this research is to know the influence of the addition of BaFe12O19 to density, magnetic flux and microstructure of  NdFeB  hybrid  magnet.  Preparation  process  started  by  mixing    NdFeB  (MQP-B+)  powder  with  BaFe 12 O 19 ,  then  mixed with addhesive Exopy Resin 6 % wt and compacted with pressure 8 tonf to form a pellet with diameter of 18,5 and thickness 4,3  mm.  Samples  which  have  been  pressed  then  dryed  using  Under  Vacuum  Dryer  with  heating  temperature  80°C  and pressure 15 mbar held for 1 hour. The characterizations was conducted on the physical properties, such as density by using dimension  method,  microstructure  analysis  using  OM,  and  magnetic  properties  with  gaussmeter.  The  best  result  over  all samples is hybrid magnet NdFeB with compositions of 95% NdFeB, 5 %wt BaFe 12 O 19 . Properties of hybrid magnet NdFeB of this compositions are bulk density value = 4,469 g/cm 3 , magnetic flux value = 1029,85 Gauss, mean particle size based of optical microscope in range 4,1-5,2 µm.
Keywords: BaFe 12 O 19 , NdFeB, Epoxy Resin, Density,Flux Magnetic, Microstructure, Hybrid Magnet

## PENDAHULUAN
Magnet  menjadi  bagian    yang  tidak  terpisahkan    dari  kehidupan    manusia  masa  kini.  Mulai  dari  peralatan listrik sampai dengan peralatan nonlistrik memanfaatkan magnet permanen, contohnya loudspekaer, meteran air, KWH-meter, ricecooker,  transformer dan  generator.  Karakterisitik  bahan-bahan  magnetik  ditentukan  oleh besaran-besaran  magnetik  seperti  suseptibilitas,  magnetisasi  remanen,  magnetisasi  saturasi  dan  medan koersivitas [1].
Perkembangan magnet permanen saat ini sangat  difokuskan  untuk  magnet permanen energi tinggi. Salah satu bahan magnet permanen yang dapat menghasilkan energi tinggi tersebut adalah dari jenis Re-Fe-B   (Re  =
Nd,      Pr)[2].    Bahkan    magnet  permanen  berbasis  Nd-Fe-B  telah  menghasilkan  energi  produk  mencapai  50 MGOe.  Magnet  permanen  berjenis  Re-Fe-B  ini  terbuat  dari  paduan  logam  tanah  jarang  berjenis Neodymium atau Praseodymium ,  logam  Besi,  dan  Boron  dengan  fasa  magnet  Nd 2 Fe 14 B  atau  Pr 2 Fe 14 B  yang  memiliki struktur    kristal  tetragonal  [3].  Kelebihan    lain  dari  magnet  permanen  berbasis  Re-Fe-B  ini  adalah  memiliki Induksi      magnet      saturasi  yang  tinggi  mencapai1,6T  atau16  kG,  dengan  induksi  remanensi  tertinggi  saat  ini mencapai1,53T atau 15,3 kG dalam bentuk sintered magnet [4]. Karena sifat magnetik yang sangat baik, bahan magnetik logam tanah jarang seperti NdFeB banyak digunakan untuk berbagai aplikasi seperti sensor dan motor elektrik  performa  tinggi.  Namun  kelemahan  NdFeB  adalah  sifat  termalnya  yang  kurang  baik  sehingga  tidak dapat digunakan pada suhu yang tinggi [5].  Magnet permanen basis ferrit seperti barium ferrite dan stronsium ferrite merupakan magnet permanen komersial jenis keramik. Magnet keramik dibuat dari bubuk magnet hasil kalsinasi  yang  telah  dihaluskan,  dicetak,  dan  disinter.  Karakteristik  magnet  keramik  sangat  bergantung  dari karakteristik  mikrostrukturnya. Barium  Ferrite telah  menjadi  rujukan  yang  menarik  dalam  dunia  material magnet  dan  telah  dipakai  secara  luas  sebagai  magnet  permanen.  Hal  tersebut  disebabkan magnetocrystalline anisotrophy yang  cukup  besar  ( 1.07  x  105  erg/cm 3 pada  suhu  77  K )  dan  temperatur  Curie  yang  tinggi (450 o C),  dengan  magnetisasi  saturarsi  yang  relatif  besar  (96,27  emu/g),  kestabilan  kimia  yang  baik  dan  tahan korosi [6]. Magnet barium ferit mempunyai medan koersivitas yang tinggi dan tahan terhadap korosi. Meskipun karakteristik energinya lebih rendah dibandingkan dengan magnet keras lainnya seperti magnet neodymium iron boron (NdFeB), samarium-cobalt (Sm-Co),  dan alnico (Al-Ni-Co),  tetapi  magnet  keras  ferit  masih  banyak digunakan  untuk  aplikasi  magnet  permanen  karena  bahannya  yang  melimpah  dan  murah  [7].  Magnet  yang dihasilkan  dari  proses  pencampuran  NdFeB  dengan  bahan  ferit  disebut Hybrid  Magnet ,  yang  memiliki  sifat termal yang lebih baik dari pada NdFeB yang murni dan dapat bekerja pada temperatur yang lebih tinggi (120  - 200 o C) [8,9]. Pencampuran NdFeB dengan Barium Ferrite dan serbuk besi dapat memberikan keuntungan yaitu menghasilkan  magnet  yang  berdampak  menurunkan  biaya  produksi  waluapun  sifat  magentiknya  terjadi penurunan  [9].  Karena  material  BaFe 12 O 19 memiliki  sifat  megantik  yang  lebih  rendah  dari  material  paduan NdFeB, tetapi kelebihan dari BaFe 12 O 19 adalah murah dan lebih stabil terhadap kondisi atmosfer.
Pada  penelitian  ini  akan  dilakukan  pembuatan  hybrid  magnet  NdFeB  menggunakan  bahan  baku  serbuk NdFeB tipe MQP-B+ dengan penambahan komposisi serbuk BaFe 12 O 19 komersil. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruhnya terhadap densitas, fluks magnetik dan mikrostruktur dari hybrid magnet NdFeB.

## METODOLOGI
Bahan-bahan  yang  digunakan  yaitu  serbuk  NdFeB  tipe  MQP-B+, Barium  Hexaferrite (BaFe 12 O 19 ), Epoxy Resin , dan Hardener Resin . Diagram alir preparasi sampel ditunjukan pada Gambar 1. Prosedur yang dilakukan dalam  pembuatan  hybrid  magnet  NdFeB  dengan  variasi  komposisi    BaFe 12 O 19 dimulai  dengan  proses mixing , pembuatan  sampel  uji,  analisa  bulk  densitas,  fluks  magnetik  dan  mikrostruktur  dengan  menggunakan Optical Microscope (OM).

## Pencampuran
dengan tambahan perekat resin epoxy (6%wt)

## Proses Kompaksi
Proses Pengeringan
T = 80 o C, P = ±15 mbar
Karakterisasi Sifat Fisis :
 Bulk Density  Mikrostruktur Magnetisasi Karakterisasi Sifat Magnet :  Fluks Magnetik F = 8 Tonf T = 30 o C t = 1 menit T Powder Barium Ferrite (5, 10, 15, 20)%wt Powder Magnet NdFeB Type MQP-B+ (80, 85, 90, 95)%wt
Untuk  membuat  hybrid  magnet  NdFeB/BaFe 12 O 19 disediakan  bahan  baku  yang  dibutuhkan  yaitu  serbuk NdFeB tipe MQP-B+, serbuk Barium Hexaferrite BaFe 12 O 19. Bahan baku tersebut kemudian dicampur dengan menggunakan Hand  Mortar .  Serbuk  ditimbang  dengan  perbandingan  95:5  ,  90:10,  85:15  dan  80:20.  Masing- masing  serbuk  yang  telah  ditimbang  dengan  perbandingan  yang  telah  ditentukan  dicampur  di Hand  Mortar hingga  homogen.  Serbuk  yang telah  homogen  dipindahkan ke Beaker Glass ukuran 50 ml dan ditambahkan 6 %wt Resin  Epoxy kemudian  dibuat  homogen  kembali.  Menambahkan Hardener  Resin sebanyak  4  tetes kemudian  diaduk  kembali.  Setelah  serbuk  dicampur,  kemudian  dicetak  dengan  alat Carver  Hydraulic  Press dengan gaya 8 tonf dan ditahan selama 1  menit. Setelah sampel dikompaksi. Selanjutnya sampel di  keringkan pada  kondisi vacuum (±15  mbar)  pada  suhu  80 o C  selama  1  jam.  Setelah  dilakukan  pengeringan,  proses selanjutnya adalah magnetisasi pada sampel hybrid magnet NdFeB/BaFe 12 O 19 dengan menggunakan Physic Dr. Steingroever  GmbH  Impulse  Magnetizer  K-Series .  Kemudian  dilakukan  karakterisasi  densitas,  fluks  magnetik dan mikrostruktur dari hybrid magnet NdFeB/BaFe 12 O 19 .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengukuran  densitas  untuk  hybrid  magnet  NdFeB/BaFe 12 O 19 dilakukan  dengan  menggunakan  metode pengukuran  dimensi  volume.  Hasil  pengukuran  densitas  hybrid  magnet  NdFeB  diperlihatkan  pada  Gambar  2. Gambar  2  menunjukan  bahwa  nilai  densitas  menurun  seiring  dengan  penambahan  aditif  BaFe 12 O 19 .  Nilai densitas  maksimum  diperoleh  pada  penambahan  5  %wt  BaFe 12 O 19 dengan  nilai  4,47  g/cm 3 .  Adanya penambahan komposisi BaFe 12 O 19 menyebabkan nilai densitas cenderung menurun, hal ini disebabkan oleh nilai densitas BaFe 12 O 19 (3,45 g/cm 3 ) yang lebih kecil dari  nilai densitas bonded NdFeB (5,05 g/cm 3 ).
4.47
4.41 4.41 4.34 4.32 4.34 4.36 4.38 4.4 4.42 4.44 4.46 4.48 0 5 10 15 20 25 B u lk Den sita s ( g /cm 3 ) Komposisi Barium Hexaferrite (%wt)
Gambar  2. Grafik  hubungan  densitas  pada  sampel  hybrid  magnet  berbasis  NdFeB  /  BaFe 12 O 19 dengan  variasi komposisi BaFe 12 O 19 .
Pengamatan mikrostruktur dilakukan dengan mengamati foto morfologi permukaan magnet dan penentuan ukuran  partikel  dengan  menggunakan  peralatan Optical  Microscope (OM).  Hasil  pengamatan  dengan  OM ditunjukkan pada Gambar 3.
Pengamatan OM dilakukan pada 4 sampel dengan variasi komposisi Barium Hexaferrite 5, 10, 15 dan 20 %wt. Dari gambar foto OM dapat dilihat bahwa yang berwarna abu-abu merupakan partikel NdFeB, sedangkan bewarna  putih  merupakan  partikel Barium  Hexaferrite (BaFe 12 O 19 ).  Karena  bentuk  sampel  berbentuk  pelet maka ukuran bulir (grain size) di ukur berdasarkan pengamatan menggunakan optical microscope. Berdasarkan hasil Optical  Microscope ,  dapat  ditentukan  ukuran  bulir  rata-rata  dari  bahan  penyusun  sampel  dengan  variasi komposisi Barium Hexaferrite yang ditunjukkan pada Tabel 1.
(a)
(b)
(c) (d)
Gambar 3. Foto morfologi  permukaan hybrid magnet berbasis NdFeB /BaFe 12 O 19 dengan variasi komposisi BaFe 12 O 19 (a) 5 %wt (b) 10 %wt (c) 15 %wt dan (d) 20 %wt pada pembesaran 40x.
Tabel 1. Data hasil pengujian densitas dari hybrid magnet NdFeB dengan variasi komposisi BaFe 12 O 19
Variasi Komposisi
BaFe 12 O 19 (%wt) Ukuran bulir NdFeB (µm) Ukuran bulir BaFe 12 O 19 (µm) 5 4,78 5,15 10 4,25 5,15 15 4,10 4,18 20 4,48 5,22
Berdasarkan  dari  hasil  di  Tabel  1  terlihat  bahwa  ukuran  bulir  di  semua  komposisi  untuk  NdFeB  adalah sekitar 4,1 -  4,7 µm, kemungkinan hal ini distribusi ukuran bulirnya di bahan baku awalnya tidak merata, begitu pula untuk ukuran bulir BaFe 12 O 19 juga bervariasi dari 4,1 - 5,2 µm, hal ini juga kemungkinan distribusi ukuran bulir  dari  bahan  awalnya  tidak  homogen.  Akan  tetapi  ukuran  buir  NdFeB  sedikit  lebih  besar  dibandingkan dengan ukuran bulir BaFe 12 O 19. Berdasarkan hasil observasi pada OM, yang seperti terlihat pada Gambar 3 yaitu pada Gambar 3 (a) hybrid magnet dengan komposisi 5 %wt BaFe 12 O 19 terlihat ukuran bulir NdFeB dan partikel BaFe 12 O 19 tidak homogen bentuk bulirnya tapi kedua partikel telah terdistribusi rata. Selanjutnya untuk Gambar 3 (b), (c) dan (d) menunjukan pola yang serupa dengan Gambar 3 (a). Dari hasil observasi dengan OM, perekat epoxy resin berada diantara bulir-bulir akan tetapi tidak terlihat jelas pada foto OM. Kemungkinan akan terlihat jelas bila diamati dengan Scanning Electron Microscope.
Untuk  mengetahui  kuat  medan  magnet  dari  sampel  hybrid  magnet  NdFeB  maka  dilakukan  pengukuran dengan  menggunakan  Gaussmeter.  Hasil  pengukuran  Gaussmeter  (kuat  medan  magnet)  ditunjukkan  pada Tabel 2.
Tabel 2. Data pngujian kuat medan magnet NdFeB dengan Variasi komposisi BaFe 12 O 19 Komposisi Barium Hexaferrite (%wt) Fluks Magnetik Kutub Positif (Gauss) Fluks Magnetik Kutub Negatif (Gauss) Fluks Magnetik Rata- rata (Gauss) 5 1064 996 1030 10 991 991 991 15 858 856 857 20 843 716 780
Berdasarkan  hasil  pengukuran  nilai  kuat  medan  magnet  pada  Tabel  2  terlihat  bahwa  pada  sampel  dengan penambahan  komposisi  5  %wt Barium  Hexaferrite diperoleh  nilai  fluks  magnetik  tertinggi  yaitu  1030  gauss. Semakin  bertambahnya  komposisi Barium  Hexaferrite mengurangi  nilai  fluks  magnetik  sampel  karena  sifat magnet Barium  Hexaferrite lebih  rendah  dari  bonded  NdFeB  yaitu  sekitar  1125  Gauss  sehingga  menurunkan sifat magnetiknya.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  penelitian  diatas  diperoleh  kesimpulan  telah  berhasil  dibuat  hybrid  bonded  magnet  berbasis NdFeB / BaFe 12 O 19 . Kondisi optimum diperoleh pada pembuatan hybrid bonded magnet dengan komposisi 95% NdFeB  dan  5  %wt  BaFe 12 O 19 yang  memiliki  sifat-sifat  : Bulk  Density =  4,47  g/cm 3 .  Ukuran  partikel  rata-rata dari  hasil  pengukuran  mikrostruktur  adalah  berkisar  4,1  –  5,2  µm.  Fluks  Magnetik  =  1030  Gauss.  Penurunan sifat fisis maupun magnet dari NdFeB yang sebanding dengan penambahan BaFe 12 O 19 .

## DAFTAR PUSTAKA
[1]   Hayati R, Budiman A dan Puryanti D (2016) Jurnal Fisika Unand 5 187
[2]   Drak M dan Dobrzański L A 2007 Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 24
[3]   Brown D, Ma B M dan Chen Z 2002 Journal of Magnetism and Magnetic Materials 248 432
[4]   Kurniawan  C,  Yuswita  A  dan  Muljadi  2013  Pembuatan  Rigid  Bonded  Magnet  Berbasis  Pr-Fe-B  untuk Komponen Generator Listrik Mini Prosiding Seminar Nasional Kimia Terapan Indonesia
[5]   Ferreira B 2011 Use of Strontium Ferrite Powder in the Production of Hybrid Rare-Earh Bonded Magnets (Sao Paulo: Instituto de Pesquisas Energiticas Nucleares)
[6]   Ovalioglu  H  2010 Magnetic  Properties  of  Nano-Crystalline  Barium  Ferrite  Synthesized  by  Different Synthesis Route (Turkey: Uludag University)
[7]   Irasari P dan Idayanti N 2009 Jurnal Sains Material Indonesia 11 38
[8]   Plusa D, Dospial M, Slusarek B, Kotlarczyk U dan Mydlarz T 2008 Rev. Adv. Mater. Sci. 18 P.541
[9]    Kokabi M, Arabgol F dan Manteghian M 2005 Iranian Polymer Journal 14 71