Prosiding Seminar Na.\"ionaL Bahan Magnet ISerpc)ng, 1 L Oktober 2000 ISSN 1411 -7630

PENGARUH KOMPOSlSl DAN BEBAN TEKANTERHADAP RARAKTERISTIK RIGID BONDED MAGNET

BERBASIS LOGAM TANAH JARANG Nd-Fe-BDENGAN BAHAN PENGIKAT RESIN POLIESTER .S' !:..t

Suharpiyu1, Maya Febri2, Aloma Karo-Karo2, Akhmad Herman Yuwono11 Jurusan Metalurgi FTill, Kampus UI, Depok 16424

2p31B-BATAN, Kawasan PUSPIPTEK, Serpong-Tangerang

ABSTRAKPENGARUH KOMPOSISI DAN BEBANTEKANTERHADAP KARAKTERISTIK RlGID BONDED MAGNET

BERBASIS LOGAM TANAHJARANG ND- FE-B DENGAN BAHAN PENGIKAT RESIN POLIESTER. Magnet berperekatlbonded magnet terdiri dari dua bahan dasar yaitu serbuk bahan magnet clan bahan polimer sebagai bahan perekat serbuk.Keunggulan daTi magnet berperekat yaitu magnet dengan berat jenis rendah, kekuatan medan magnet relatif besar dibandingkanalnico & territe, toleransi ukuran yang ketat sehingga efisiensioperasi ditingkatkan. Salah satu dari magnet jenis ini adalah rigidbonded magnet, dengan bahan perekar resin yang bersitat kaku. Metode penekananl compression moulding merupakan salah satualtematifyang diambildengan variasi beban tekan 2,4 clan 6 ton untuk komposisi traksi volume serbuk 25%,45%,60% clan 80%.Dari serangkaian kondisi penekanan didapat beban tekan terbaik adalah 4 ton, traksi volume serbuk 80% dengan kuat medanmagnet yang dihasilkan sebesar -1249 Gauss. Homogenitas campuran awal, penentuan kondisi viskositas campuran clan penggunaan

pelumas, memegang peranan renting p~a proses pembuatan magnet berperekat resin poliester.

Kata Kunci : Komposit, resin, bonded magnet

ABSTRACT

EFFECT OF COMPOSITION AND COMPRESSIVE LOADING TO CHARACTERISTIC OF RIGm BONDEDMAGNET RARE EARTH METAL BASED (ND-FE-B) WITH RESIN POLYESTER BOND. Bonded magnet basicallycomprises of magnetic material and polymeric material as binder. The benefits of rigid bonded magnet are its low mass density,high magnetic tield; compare with alnico and territe, also the high dimension tolerances in affect to higher operation effeciency.Rigid bonded magnets are one the type of bonded magnet, Compression moulding method with 2, 4 and 6 tons weight andcomposition 25%, 45%, 60o/qand 800;0 powder 'i'°lume traction. The result of the experiment shows that 4 tons weight,composisiton of 80% powder volume traction has the magnetic field -1249 Gauss. The homogenity of early mixing, theviscosity condition of mixing and lubricant, will affect the procces of rigid bonded magnet with resin polyester bond production.

Key Word: Composite, resin, bonded magnet

PENDAHULUAN

Peffi1asalahan yang dihadapi adalah belum adanyaproses pembuatan RBM yang baku yang sesuai dengan

kondisi di negara ill. Sehubungan dengan hal tersebut,

maka dilakukan penelitian parameter-parameter prosespembuatan RBM dari bahan serbuk Nd-Fe-B dan bahanpolimer dengan beratjenis rendah (resin poliester).

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahuipengamh parameter komposisi fraksi volume serbuk danbeban tekan dalam proses pembuatan RBM dengan

metode penekanan.Pada penelitian ill digunakan serbuk Nd-Fe-B

produksi General Motor Indiana, USA dengan namadagang MQP-O. Mempakan serbuk hasil proses m~ltspinning dengan pendinginan cepat. Bahan pengikat

Kebutuhan dunia akan magnet permanenmenunjukan perkembangan yang cukup pesat. Padatahun 1990-2000 konsumsi magnet meningkat mencapai12,2%/tahun. Diperkirakan tahun 2000 nilai produksimagnet dunia akan mencapai $6,5 juta[l].

Untuk memenuhi tingkat kebutuhan magnet yangsemakin tinggi, maka diadakan penelitian tentang materialmagnet barn yakni rigid bonded magnet (REM) berbasis

logam tanah jarang (Nd-Fe-B) dengan menggunakanbahan perekat po1imer. Bahan dasar daTi RBM adalahserbuk bahan magnet dan bahan polimer sebagai bahan

perekatserbuk.RBM cocok untuk aplikasi komponen magnet

yang beIbentuk rumit dan kecil.

44

Pengaruh KOmpO.\'L\'i don Behan Tekan Terhadap Kara/(terL\'ti/( Rigid Bonded Magnet BerhlL\'isLogam Tanah Jarang Nd-Fe-B Dengan Bahan Pengikal Re.\'in Poliester (Suharpiyu)

yang digun*an ada.lah resin poliester tak jenuh

diproduksi oleh PT. JUShlS Sakti Raya merek Yukalaca.Bahan penge!as yang digunakan adalah MEKPO/Methyl Ethyl Ketone Peroxide. Bahan pelarut polimeryang digunakan ada.lah toluena produksi Merck.

Beberapa karakterisasi yang dilakukan adalahuji kekerdsan mikro dan uji medan magnet.

penjejakan dengan beban 100 g selama 15 detik.Kekerasan tertinggi dati variasi jurnlah MEKPO sebesar60 ml dan 100 ml adalah 5,25 dan 5,58 VHN. lumlah

MEKPO di dalam matriks mempunyai volume yang opti-mal untuk pembentukan jaringan tiga dimensi

(cros.s'iinking)[2] dapat dilihat pacta Gambar I. Dandilakukan karakterisasi lanjutan dengan menghadirkantoluena dalam matriks. Pada Gambar 2 dapat dilihat bahwa

Meningkatnyajumlah toluena akan menurunkankekerasan. Karena toluena toluena mudah menguap danmembentuk gelembung gas yang terperangkap(porositas) dalammatriks ketika membeku. Kekerasanterbaik yang didapatkan sebesar 2,68 untuk komposisi

2 g poliester, 60 ml MEKPO dan 300ml toluena dan belum

menunjukan timbulnya porositas.

TATA KERJA

Untuk mendapatkan komposisi matriks yangideal dilakukan percobaan 'trial and error' danmembandingkan nilai kekerasan mikro matrlkS.

Tabel I. Rasio Komposisi Matriks

oI4~e,PO(~L.

VolumeToluena

(J.tL)

2 60 20,40,60,80,100,300,500 700 1000 2000

100 20,40,60,80,100,300,~ 500 700 00 2000

25~~4c 3IV~ 2Qj 1

~

~ 0

14Q180

Berat polimer yang digunakan tetap (2 gr) dengan

volmne MEKPO yang beIVariasi. Untuk komposisi 60 ml

daD 100 ml MEKPO dilakukan karakterisasi lanjutan

dengan menghadirkan toluena di dalam matrik(poliester+MEKPO). Didapat komposisi yang ideal yakni2 gr poliester, 60 ml MEKPO daD 300 ml toluena.

Komposisi ini dijadikan komposisi matriks daTi REM.Komposi matriks dicampur dengan serbuk MQP-O (fraksivolume serbuk 25%,45%,60% daD 80%), diaduk secaramanual (~O detik), setelah itu dicetak dengan variasibeban tekan 2, 4 dan 6 ton (untuk diamater cetakan 6 turn)selama I jam. Setelah itu bakalan dilakukan pre curing

pacta suhu 80 °c selama 45 menit Dan dilanjutkan dengan

curing pacta suhu 80 °c selama 6 jam.Bakalan magnet merupakan basil pencampuran

matriks polimer dan serbuk MQP-O. Tabel2. di bawah inimemberikan perbandingan fraksi volume (%) antaraserbuk MQP-O dan matriks polimer.

Gambar 2. Kurva kekerasan matriks60ml MEKPO terhadap jumlah

Tabe! 2. Perbandingan persentase serbukMQP-O dengan matriks polimer

2. Pengujian kekerasan bakalan

Pengujian dengan menggunakan VickersMicrohardness Tester Machine dengan beban 300 gselama 10 detik. Penjejakan dilakukan pada daerahbatasantara polimer daD serbuk. Data dapat dilihat pactaTabe13.

I Serbuk MOP-O

KomRosisi 1 25% 75%I KomDosisi 2 I 45°A, ; 55%! Kom~osisi 3 6 °

Kom 20°A,

Proses kompaksi yang dilakukan menggunakansingle end compaction. Pada Gambar3 terlihat adanyakecenderungan meningkamya kekerasan terhadapmeningkatnya fraksi volume. Hal ini disebabkan karenaserbuk MQP-O yang nilai kekerasannya lebih tinggimendominasi dibandingkan dengan bahan polimer.Kekerasan bakalan meningkat semakin tingginya bebantekan, karena interaksi {ikatan adesif) yang terjadi antara

BASIL DAN PEMBAHASAN

Pemilihan Komposisi Matriks

Sebelum pengujian kekerasan mikro, permukaanmatriks diamplas dan dipoles. Setelah itu dilakukan

45

Prosiding Seminar Nasional Bahan Magnet ISerpong, J J Oktober 2000 ISSN 1411 -7630

2 2S

4S

60

19,0109

~

"1~~17,0997

22,807780%

,

45% 60%Fraksi volwm serbuk (%

27,1532J 23,698

14,2818

19,388

17,5764

21,7376

12,2098

38,654

2.1~19,6754

21,8794

28,9802

Gambar 4. Kurva kekuatan medan magnet (Gauss)terhadap fraksi volume serbuk (%)

6 25

45

60

20,718 komposit.Tekanan juga mengambil peranan yang cukup

penting dalam meningkatkan kuat medan magnet yangdihasilkan. Pada Gambar 4, terlihat bahwa pada bebantekan 6 ton, peningkatan kuat medan cukup besar.Sedangkan pada beban tekan 2 daD 4 ton, khususnyapada fraksi volume serbuk 60% dan 80%, tidak terlihatpeningkatan yang cukup berarti. Hal ini mungkindisebabkan oleh peningkatan tonase penekanan, yangberakibat terjadinya proses densiflkasi yang lebih efektifdengan peningkatan jumlah serbuk magnet per satuanvolume, yang pada gilirannya meningkatkan densitasmomen magnet di dalam komposit.

=!

matriks daD serbuk semakin bail.Pacta komposisi fraksi volume serbuk 60% tekanan

6 ton sebagaimana terlihat pacta Gambar 3, kekerasanmenurun dibandingkan dengan sampel pacta komposisi45%. Hal ini mungkin disebabkan karena pacta komposisi

60% fraksi volume serbuk (-1 g) yang digunakan lebih

rendah dari komposisi fraksi volume serbuk lainnya (25%,45%, 80%). Beban yang diterima serbuk daD polimersemakin besar sehingga menim-bulkan konsentrasitegangan yang menyebabkan kerusakan matriks.

4. Pengujian berat jenis bakalan

Pengujian berat jenis bakalan denganperhitungan secara manual dengan menggunakan rumus:

r=rn/V

I ~~

~u

~~

Masa bakalan magnet diukur menggunakantimbangan Sartorius (MaksimalllO g, d=O,1 fig). Tinggidan diameter bakalan magnet diukur dengan

menggunakanjangka sorong.Pada Gambar 5 dapat dilihat bahwa kenaikan fraksi

volume serbuk akan meningkatkan bemt jenis komposit.Hal ini disebabkan meningkatnya jumlah serbuk persatuan volume di dalam komposit. Pada beban tekan 2ton, densitas pada komposisi 80% serbuk lebih rendahdaTi pada komposisi 60%. Hal ini mungkin disebabkan,beban tekan 2 ton belum mencukupi untuk pengaturanserbuk di dalam komposit mengakibatkan ikat adesif yangterbentuk antara serbuk daD polimer belum cukup kuat

45% bO'/,

Fraksi volwne serbuk (%)

80%

!5'1.

Garnbar 3. Kurva kekerasan bakalan

3. Kemagnetan bakalan

:;' 8

5 6'Eb'-' 4'"'8"'-, 2~~ 0

45% 60%

Fraksi volume serbuk (%)

25'1.

Proses magnetisasi dengan meng-gunakanelektromagnet merek Tamagawa Ltd, model Tm- Y sf222l-153 dengan kuat medan maksimum sebesar 1,5 tesla danlebar celah sebesar 20 mm. Proses magnetisasi selama-5 detik dengan arab sumbu searah dengan arabelektomagnet. Pengukuran kekuatan magnet dilakukanpacta kedua ujung sampel magnet dan diuji sebanyaklima kali dengan menggunakanMagnetic Fieldmeter List

Magnetic, I\..1PU-St.Pacta Gambar 4 terlihat, meningkatnya fraksi

volume seIbuk akan meningkatkan kekuatan medan mag-net yang dihasilkan. Hal ini disebabkan meningkatnyajumlah momen magnet per satuan volume di dalam

Gambar 5. Kurva berat jenis bakalan (g/cmJ)terhadap fraksi volume serbuk (%)

46

~'r~ ~ 1000..~

~e, 500

25

20

Z 15~ 10'-"

5

0

14()°C).-Resin poliester merupakan bahan pengikat yang

cukup baik, terutama untuk penggunaan padatemperatur ruang dan cukup ekonomis

sehingga bakalan msak ketika dikeluarkan daTi cetakan.

5. Hubungan antara berat jenis daD keku:ttan medan

magnet

Pada Gambar 6 terlihatjelas bahwa peningkatanberat jenis kompqsit akan meningkatkan kekuatan medanmagnet yang dihasilkan. Hal ini mungkin disebabkanmeningkatnya jumlah serbuk per satuan volume yangpada gilirannya akan meningkatkan desitas momen mag-net di dalam komposit.

SARANAda kemungkinan bahwa ukuran daD bentuk

seIbuk mempengamhi densitas dan kehomogenan dalammatriks, sifat mekanik daD sifat kemagnetan bahan.sehingga perlu dikaji lebih lanjut untuk mendapatkanukuran daD bentuk serbuk yang optimal. Juga perludilakukan penelitian lebih lanjut tentang temperatur daDwaktu curing serta waktu penekanan yang optimal

sehingga didapatkan magnet berperekat dengankarakteristik fisik yang lebih baik.

DAFTARPUSTAKA

[1]. Permanent Magnets-The Global Road Ahead,Wheeler Associates-Permanent Magnet Consultant,232 West Poplar Street, Elizabethtown, Kentucky

42701,1995[2]. MANGONON, PL., The principle of Materials

Selection for Engineering Design, Prentice-HallInternational, Inc., (1999), p. 672-693

[3]. CROAT, J.J, HERBST, J.F., Rapidly SolidifiooNeo<iy-mium-lron-Boron Magnets, MRS Bulletin, Juni 1988.

Gambar6. Hubungan antara kuat medan magnet(Gauss) terhadap berat jenis komposit (gr/cm3)

KESIMPULAN

TANYA-JAWAB

Penanya : Setiadi (FTUI)

Pertanyaan1. Berapa daerah suhu yang bisa digunakan untuk mag-

net komposit berbasis heksafirit.2. Treatment magnetisasi, pengaruh adanya kandungan

karet alamo

Jawaban1. Daerah suhu yang dapat digunakan untuk magnet

komposit berbasis heksaferit bergantung daTi suhumatriks yang digunakan, pada pene1itian inidigunakan matrik po1imer karet a1am titik 1e1eh:t 181,17 °C dan suhudekomposit:t370 °C

2. Treatment magnetisasi pacta bahan magnet denganmatrik karet a1am tidak berpengaruh, artinya bahanmag:net dengan matriks karet a1am masih dapatberfungsi sebagai magnet yang dimaksud.

Berdasarkan hasil pengujian daTi pengamatanyang dilakukan 1erhadap magnet berperekat dengan fraksivolume serbuk MQP-O 25%, 45%, 60% dan 80% danvariasi beban tekan 2,4 dan 6 ton dengan menggunakanbahan perekat resin poliester, didapatkan:

Peningkatan fraksi volume serbuk akan

meningkatkan kekerasanpermukaan komposit,beret jenis komposit dan kekuatan medan magnet

komposit.Peningkatan beban tekan akan meningkatkankekerasan permu-kaan komposit dan berat jenis

komposit.Berdasarkan hasil-hasil tersebut diatas, dapat

disimpu1kan:Pentingnya penentuan kondisi viskositascampuran yang tepat untuk pencetakan.Penggunaan pelumas pacta dinding cetakan danpenekan/punch (atas dan bawah), karena resinpoliester ini memiliki sifat adesifyang cukup baikdengan dinding cetakan dan penekan/punch

sehingga tanpa pelumas sampel cenderunglengket dengan cetakan dan sampel sulitdikeluarkan dari cetakan.Rentang temperatur yang aman untukpenggunaan resin poliester sebagai bahanpengikat adalah dibawah titik lelehnya (110-

47