PISTON
Analisa Sifat Fisis, Sifat Mekanik dan Sifat Magnet pada Bonded Magnet NdFeB dengan Perekat Celuna

## Ramlan
Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sriwijaya, Palembang, Sumatera Selatan, Indonesia
E-mail: ramlan@unsri.ac.id
Masuk : 20 Agustus 2019 Direvisi : 15 September 2019
Disetujui : 30 September 2019
Abstrak: Telah dilakukan penelitian tentang bonded magnet dengan binder celuna. Serbuk magnet yang digunakan adalah Neodymium  Iron  Boron  (NdFeB)  type  MQP-B.  Proses  pencampuran  dilakukan  dengan  menggunakan  variasi  komposisi sebesar    97:3,  95:5,dan  92:8.  Selanjutnya  campuran  tersebut  dicetak  dengan  metode  compress  moulding  menggunakan cetakan berdiameter 18 mm. Gaya tekan yang digunakan sebesar 5 tonf/cm2 dengan waktu penekanan sebesar 5 menit. Hasil yang didapatkan dari proses pencetakan merupakan sampel berbentuk pellet yang kemudian disimpan diruang vakum untuk menghindari  terjadinya  proses  oksidasi.  Pengujian  sifat  fisis  dilakukan  dengan  mengukur  densitas  menggunakan  metode archimedes, kuat tekan, dan sifat magnet dilakukan dengan mengukur fluks magnetikt menggunakan gaussmeter dan kurva histerisis menggunakan VSM. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan perekat celuna menurunkan nilai densitas dan  sifat  magnet  selain  itu  juga  menaikkan  kuat  tekan.  Sifat  magnet  tertinggi  yaitu  pada  sampel  dengan  perekat  celuna sebesar 3% dengan  nilai fluks magnetik  = 940 Gauss, mr = 62,21 emu/g, Hc = 10,08 kOe, bulk densitas = 5,04 gram/cm 3 , dan kuat tekan = 985 kgf/cm 2 .
Kata kunci: binder celuna, bonded magnet, NdFeB, sifat fisis, sifat magnet, remanensi, koersivitas
Abstract: Research on bonded magnets with celuna binders has been carried out. The magnetic powder used is Neodymium Iron Boron (NdFeB) type MQP-B. The mixing process was carried out using a composition variation of 97: 3, 95: 5, and 92: 8. Furthermore, the mixture was printed using the compress molding method using a 18 mm diameter mold. The compressive force  used  is  5  tonf  /  cm2  with  a  pressing  time  of  5  minutes.  The  results  obtained  from  the  molding  process  are  pelleted samples which are then stored in a vacuum to avoid the oxidation process. Physical properties testing is done by measuring density  using  the  archimedes  method,  compressive  strength,  and  magnetic  properties  by  measuring  magnetic  flux  using  a gaussmeter and hysteresis curve using VSM. The results showed that the addition of celuna adhesive decreased the density and magnetic properties but also increased the compressive strength. The highest magnetic properties are in the sample with celuna  adhesive  of  3%  with  magnetic  flux  value  =  940  Gauss,  mr  =  62.21  emu/g,  Hc  =  10.08  kOe,  bulk  density  =  5.04 gram/cm 3 , and compressive strength = 985 kgf/cm 2 .
Keywords : celuna binder, bonded magnet, NdFeB, physical properties, magnetic properties, remanence, coercivity

## PENDAHULUAN
Magnet  merupakan  salah  satu  komponen  yang  banyak  digunakan  saat  ini.  Secara  umum  magnet  dapat didefinisikan  sebagai  benda  yang  dapat  menarik  benda  lain  [1].  Magnet  memiliki  dua  kutub  yaitu  utara  dan selatan.  Kutub  magnet  adalah  daerah  yang  berada  pada  ujung-ujung  magnet  dengan  kekuatan  magnet  yang paling besar [2]. Dalam mempelajari magnet, terdapat berbagai macam magnet salah satunya ialah magnet tetap. Magnet  tetap  sering  disebut  dengan  magnet  permanen.  Magnet  permanen  ialah  material  rekayasa  dengan aplikasi  yang  cukup  luas  dan  banyak  dimanfaatkan  pada  industri  baik  dengan  skala  besar  maupun  skala  kecil (industri rumah tangga) di Indonesia. Meskipun demikian, pemenuhan  komponen  magnet ini  sampai sekarang masih bergantung pada produk impor seperti dari Jepang dan Cina. Hal ini dikarenakan sumber daya alam untuk membuat magnet yang tersedia di alam perlu diolah terlebih dahulu [1].
Magnet permanen  memiliki banyak jenis, diantaranya Ferrite ,  AlNiCo, SmCo, serta   magnet logam tanah jarang. Dari  keempat jenis  magnet permanen diatas,  magnet  yang  memiliki energi produk  maksimum  terbesar ialah  magnet  logam  tanah  jarang.  Pada  magnet  logam  tanah  jarang,  terdapat  unsur  logam  tanah  jarang.  Unsur logam  tanah  jarang  tersebut  ialah  Nd  dan  Pr.  Sifat  magnetik,  terutama  koersivitas  pada  magnet  permanen bergantung pada ukuran butir. Magnet permanen jenis RE-Fe-B (RE = Nd, Pr) hingga saat ini merupakan jenis magnet permanen  yang  memiliki  kualitas terbaik dengan energi produk  yang  mencapai 55 MGOe [1]. Namun demikian, selain memiliki sifat magnet terbaik tersebut, magnet berbasis RE-Fe-B tersebut memiliki kekurangan diantaranya adalah temperatur Curie yang rendah dan rentan teroksidasi sehingga mudah terkorosi. Rendahnya ketahanan  korosi  tersebut  disebabkan  adanya  fasa  RE- Rich yang  ada  di  batas  butir  ( grain  boundaries )  dan merupakan zat aktif yang dapat bereaksi dengan oksigen pada lingkungan yang humid [3,4].
Polimer  merupakan  kumpulan  molekul  yang  berkaitan  secara  kovalen  yang  sangat  panjang  yang  dapat dihasilkan  dari  sumber  alami  atau  sintentik.  Contohnya  adalah  polimer  celuna.  Polimer  celuna  merupakan kopolimer,  terbentuk  dari  selulose.  Celuna  ini  terdiri  dari  monomer  atau  polimer  rantai  pendek  dengan kelompok  gugus  selulose.  [5].  Produk  magnet  permanen  dikenal  ada  dua  macam  yaitu  sintered  magnet  dan bonded  magnet.  Sintered  magnet  merupakan  produk  magnet  yang  di  buat  melalui  proses  sintering,  sedangkan bonded magnet adalah suatu produk magnet yang dibuat dari campuran partikel magnetik dengan bahan perekat polimer  ,  tanpa  memerlukan  pemanasan  pada  suhu  tinggi  [6].    Teknik  pembuatan  bonded  magnet  dapat dilakukan  secara  : compression  moulding , injection  molding , calendering [6].  Kelebihan  dari  bonded  magnet adalah  :  proses  produksinya  lebih  sederhana,  mampu  untuk  membuat  bentuk-bentuk  yang  lebih  rumit.  Sifat magnet dari bonded magnet sanagt tergantung pada paremeter-parameter : ukuran kehalusan butiran, komposisi bahan perekat dan jenis bahan perekatnya [6,7].
Penelitian ini membahas pembuatan dan karakterisasi bonded magnet NdFeB. Pembuatan dilakukan dengan memadukan binder dengan serbuk magnet NdFeB. Binder yang digunakan adalah polimer celuna. Penelitian ini bertujuan  untuk  membuat bonded magnet  yang  memiliki  kualitas  tinggi  (ditinjau  dari  sifat  fisis  dan  sifat magnet).  Untuk  mendapatkan bonded magnet  yang  memiliki  kualitas  tersebut  maka  dilakukanlah  variasi komposisi perekat. Setelah itu akan dilakukan pengujian berupa sifat fisis, sifat mekanik dan sifat magnet dari bonded magnet.  Data  yang  akan  didapatkan  berupa    efek  komposisi binder (celuna)  terhadap  densitas,  kuat tekan dan sifat magnet dari bonded magnet.

## METODOLOGI
Alat  yang  digunakan  pada  penelitian  kali  ini  ialah  neraca  digital, gaussmeter ,  VSM,  dan  SEM.  Untuk karakterisasi  sampel  dilakukan  pengujian  sifat  fisis,  sifat  mekanik    dan  sifat  magnet.  Karakterisasi  sifat  fisis yaitu diantaranya bulk density , dan sifat mekanik antara lain kuat tekan, dan karakterisasi sifat magnet meliputi pengukuran  fluks  magnetik  menggunakan gaussmeter dan  sifat  kemagnetan  bahan  menggunakan Vibrating Sample Magnetometer (VSM). Bahan yang digunakan pada penelitian kali ini ialah serbuk magnet Neodymium Iron  Boron (NdFeB) type MQP-B.  Serbuk  ini  berfungsi  sebagai  bahan  baku  yang  digunakan  untuk  membuat magnet bonded. Perekat yang digunakan adalah binder celuna (ρ= 1,12 gr/cm 3 ).

## Preparasi dan Pencampuran Bahan Baku
Tahapan  preparasi  bahan  baku,  yaitu  serbuk  NdFeB type MQP-B  dan binder (celuna)  ditimbang  dengan perbandingan rasio 97:3, 95:5, 92:8 (% wt) dengan massa total sampel seberat  10 gram. Kedua bahan tersebut kemudian  dicampurkan  melalui  proses  pencampuran  dengan  menggunakan beaker  glass .  Proses  pencampuran dilakukan sampai kedua bahan baku tercampur secara merata dengan cara diaduk dengan menggunakan spatula.

## Pembuatan Sampel Uji
Pembuatan  sampel  uji  dilakukan  dengan  teknik  penekanan (dry  compression  moulding) .  Serbuk  NdFeB type MQP-B yang telah dicampur dengan binder dimasukkan ke dalam cetakan kemudian dilakukan kompaksi dengan hydraulic  press dengan  tekanan  sampel  10  tonf/cm 2 dan  ditahan  selama  5  menit  untuk  memperoleh sampel dengan kekuatan yang mencukupi agar mudah dikeluarkan dari cetakan.

## Proses Pengeringan dan Magnetisasi
Proses pengeringan pada bonded magnet permanen NdFeB dilakukan dengan cara pemanasan sampel yang telah  dicetak  dalam vacuum  dryer dengan  temperatur  100°C  dan  ditahan  selama  1  jam.  Sampel  yang  telah
dikeringkan ini kemudian dimagnetisasi dengan menggunakan Magnet-Physic Dr. Steingroever GmbH Impulse Magnetizer K-Series . Tegangan yang digunakan sebesar 1,8 kVdan dengan arus rata-rata 6 kA.

## Karakterisasi
Karakterisasi  yang dilakukan  dalam penelitian ini  meliputi  sifat  fisis (densitas)  sifat  mekanik (kuat tekan) dan  dan sifat magnet (fluks magnetik dan sifat kemagnetan bahan atau histeresis loop).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian  sifat  fisis  dilakukan  meliputi  pengukuran bulk  density .  Pengujian  ini  dilakukan  untuk  seluruh sampel dengan komposisi polimer yang berbeda-beda. Hasil pengujian densitas diperlihatkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Grafik hubungan antara variasi komposisi Celuna dengan bulk density.
Dari  grafik  diatas  dapat  dilihat  bahwa  semakin  banyak  penambahan  komposisi binder celuna  maka  akan semakin  kecil  nilai  densitas  dari  sampel  uji.  Hal  ini  sesuai  dengan  teori  komposit,  dimana  nilai  densitas dipengaruhi  fraksi  dari  material  penyusun,  serta  densitas  celuna  lebih  rendah  dibandingkan  dengan  densitas NdFeB  (sekitar  6,0  -  7,0  g/cm 3 ).  Sehingga  didapatkan  hasil  densitas  sampel  uji  dengan  densitas  terbesar  yaitu pada sampel uji dengan penambahan komposisi binder sebesar 3%, yaitu diperoleh nilai sebesar  5,04 g/cm 3 . Pengujian  sifat  fisis  yang  dilakukan  selanjutnya  adalah kuat  tekan.  Pengujian  ini  dilakukan  untuk  seluruh sampel dengan komposisi binder yang berbeda-beda. Hasil pengujian kuat tekan diperlihatkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Grafik hubungan antara variasi komposisi Celuna dengan kuat tekan.
Dari  grafik  diatas  dapat  dilihat  bahwa  semakin  banyak  penambahan  komposisi binder celuna  maka  akan semakin  besar  nilai  kuat  tekan.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  semakin  besar  penambahan  komposisi binder celuna maka kemampuan sampel uji untuk mempertahankan diri semakin baik. Hal ini terjadi karena fungsi dari binder itu  sendiri  adalah  sebagai  pengikat.  Sehingga  semakin  banyak binder maka  sampel  uji    akan  semakin mengeras.  Selain  itu  juga  hal  ini  terjadi  karena  pada  proses  kompaksi  antara binder dan  serbuk  magnet berinteraksi  dengan  baik.  Dari  hasil  pengukuran  kuat  tekan  diperoleh  nilai  kuat  tekan  tertinggi  sebesar  9,85
kgf/cm 2 pada sampel dengan 8 % celuna, sedangkan terendah diperoleh sebesar 7,1 kgf/cm 2 pada sampel dengan komposisi binder 3 %.
Pengujian  sifat  magnet  meliputi  pengukuran  kuat  medan  magnet  pada  permukaan  sampel  atau  disebut sebagai fluks  magnetik,  yang diukur  menggunakan Gaussmeter. Pengujian ini dilakukan untuk seluruh sampel dengan komposisi binder yang berbeda-beda. Hasil pengukuran kuat medan magnet menggunakan gauss meter diperlihatkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Grafik hubungan antara variasi komposisi Celuna dengan Fluks Magnetik.
Dari  grafik  diatas  dapat  dilihat  bahwa  semakin  banyak  penambahan  komposisi binder celuna  maka  akan semakin kecil nilai kuat medan magnet dari sampel bonded magent. Hal ini terjadi dikarenakan sifat dasar dari polimer  itu  sendiri  adalah  non-magnetik.  Sehingga  ketika  variasi  komposisi binder celuna  semakin  banyak menyebabkan nilai kuat medan magnet dari sampel berkurang (menurun). Nilai tertinggi fluks magnetik sebesar 940 Gauss pada sampel denagn komposisi perekat 3 % celuna.
Pengujian  sifat  magnet  lainnya  dilakukan  untuk  menggunakan  Vibrating  Sample  Magnetometer  (VSM) untuk  mengetahui  kurva  histeresis  loop  nya.  Pengujian  ini  dilakukan  pada  sampel  dengan  penambahan komposisi binder celuna  sebesar  3%.  Dari  pengukuran  menggunakan  VSM  diperoleh  nilai  remanensi, magnetisasi saturasi dan koersivitas, seperti diperlihatkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Karakteristik sifat magnet sampel uji.
Sampel Uji Saturasi [emu/g] Remanensi [emu/gram] Koersivitas [kOe] Sampel uji dengan binder 3 % celuna 100 62,21 10,080
Sedangkan kurva histeresis diperlihatkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Kurva Histerisis
Gambar 4. Kurva histeresis dari sampel bonded magnet NdFeB dengan perekat 3 % celuna
Dari tabel dan grafik diatas dapat dilihat bahwa sifat dasar kemagnetan suatu bahan. Hal ini dapat diamatai satu persatu. Sifat kemagnetan yang pertama ialah saturasi. Saturasi merupakan titik jenuh kemagnetan sampel. Dapat  disebut  sebagai  puncak  kemagnetan  dari  sampel  uji.  Sifat  kemagnetan  yang  kedua  adalah  remanensi.
Remanensi  adalah  sisa  kemagnetan  dari  sampel  setelah  diberikan  medan  magnet  dari  luar.  Ini  menunjukkan kemampuan  sampel  uji  dengan  untuk  mempertahankan  medan  magnet  dari  luar  yang  dihilangkan.  Sifat kemagnetan  yang  ketiga  adalah  koersivitas.  Koersivitas  adalah  intensitas  magnet  yang  harus  diterapkan  untuk mengurangi  magnetisasi  bahan  menuju  nol  setelah  magnetisasi  dari  sampel  uji  didorong  untuk  menuju  titik jenuh.  Koersivitas  digunakan  untuk  membedakan hard magnet  dan soft magnet.  Semakin  besar  nilai koersivitasnya  maka  sampel  tersebut  cenderung  memiliki  sifat  magnet  keras  atau hard magnet.  Berdasarkan teori, nilai koersivitas dari magnet keras atau hard magnet melebihi 200 Oe [8]. Ini menunjukkan bahwa sampel uji  dengan  penambahan binder celuna  termasuk  kedalam  magnet  keras,  karena  nilai  koersivitasnya  lebih  dari 200 Oe.

## KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  ini  telah  berhasil  dibuat  bonded  magnet  permanen  NdFeB  dengan  perekat  celuna. Variasi  komposisi  memberikan  pengaruh  yang  siqnifikan  terhadap  densitas,  kuat  tekan  dan  sifat  magnet, Berdasarkan aplikasi material ini sebagai material magnet permanen, maka komposisi yang tepat adalah bonded magnet dengan  komposisi 77 % berat  NdFeB denagn 3 % berat Celuna. Karakteristik dari bonded  magnet ini adalah sebagai berikut : densitas = 5,04 g/cm3, kuat tekan = 7,1 kgf/cm2, fluks magnetik = 940 Gauss dan mr = 62,21 emu/g dan Hc = 10,08 kOe.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Indah  Juriani,  Efek  Penambahan  Na 2 O  Terhadap  Proses  Sintering,  Sifat  Fisis,  Dan  Sifat  Magnet BaFe 12 O 19 ,  Sumatra  Utara,  Indonesia, Jurnal  Ikatan  Alumni  Fisika  Universitas  Negeri  Medan 1(2),  1, 2016.
[2] Arjuna Ritawanti, Muljadi, Erfin Yundra Febrianto, Eko Arief Setiadi, Pengaruh Ukuran Butir ( grain size ) Pada Pembuatan Bonded Magnet NdFeB, Jurnal Ikatan Alumni Fisika Universitas Negeri Medan 1(2), 1, 2016.
[3] David  Brown,  Bao-Min  Ma,  Zhongmin  Chen,  Developments  in  the  processing  and  properties  of  NdFeb- type permanent magnets, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 248, 432-440, 2002.
[4] David  Sojer,  Irena  kull  ,  Spomenka  Kobe,  Janez  Kova,  Paul  John  McGuiness,  ANALYSIS  OF CORROSION  PROPERTIES  OF  MELT  SPUN  Nd-Fe-B  RIBBONS  COATED  BY  ALUMINA COATINGS, MTAEC9 , 47(2)223(2013)
[5] Devy  Permatasari,  Nenen  Rusnaen,  Muljadi,  Eko  Arief,  Nasdruddin  M.  Noer,  Pengaruh  Variasi  %wt epoxy  resin  pada  Sifat  Fisis,  Mikrostruktur  Sifat  Magnet Bonded NdFeB, Jurnal  Ikatan  Alumni  Fisika Universitas Negeri Medan 1(2), 7, 2016.
[6] Aleksandar  P.  Stajčić,  Jasna  T.  Stajić-Trošić,  Aleksandar  S.  Grujić,  Mirko  Z.  Stijepović,  Nada  L. Lazić,Tomáš  Žák,  Radoslav  R.  Aleksić,  Hybrid  Nd–Fe–B/barium  ferrite  magnetic  materials  with  epoxy matrix, Hem. Ind. 66 (3) 301–308, 2012.
[7] M.  Drak,  L.A.  Dobrzański,  Corrosion  of  Nd-Fe-B  permanent  magnets, Journal  of  Achievements  in Materials
and Manufacturing Engineering , VOLUME 20 ISSUES 1-2, 2007.
[8]    J. M. D. COEY, Handbook of Magnetism and Magnetic Materials, Published in the United States of America by Cambridge University Press, New York , 2009.