Pengembangan Parallel Type Magnetic Field Press untuk ... file296 B. Hermanto / Pengembangan Parallel Type Magnetic Field Press Untuk Orientasi Partikel Magnetik Pada Proses Pencetakan

B. Hermanto / Pengembangan Parallel Type Magnetic Field Press untuk Orientasi Partikel Magnetik pada Proses

Pencetakan Magnet Ferrite Permanen

295

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVIII HFI Jateng & DIY, Yogyakarta, 26 April 2014

ISSN : 0853-0823

Pengembangan Parallel Type Magnetic Field Press untuk Orientasi

Partikel Magnetik pada Proses Pencetakan Magnet Ferrite Permanen

Bambang Hermanto, Agus Sukarto Wismogroho. Pusat Penelitian Fisika- LIPI

Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang Selatan, Banten 15314

Telp : (021) 756-0570, Fax : (021) 756-0554

[email protected]

Abstrak – Nilai remanence dan coercivity merupakan salah satu karakterisitik material magnet yang menentukan

kualitas suatu material magnet. Dalam proses pembuatan magnet, proses orientasi magnet melalui proses pencetakan

magnet menjadi suatu proses yang harus dilakukan. Eksperimen proses orientasi telah dilakukan dengan posisi

perpendicular yaitu dengan memposisikan sumber medan magnet tegak lurus dengan arah penekanan material magnet,

namun hasil yang didapatkan masih belum optimal. Oleh karena itu dilakukan metode lain yaitu dengan posisi paralel

yaitu dengan menerapkan sumber medan magnet sejajar dengan arah penekanan material magnet. Alat press orientasi

ini terdiri dari sepasang koil magnet yang dialiri arus listrik saat penekanan. Koil magnet pertama dipasang di bagian

bawah alat press, sedangkan koil magnet kedua dipasang di bagian atas atau penekan alat press. Eksperimen ini

dilakukan dengan membuat variasi cetakan material magnet Barium heksaferit terhadap variasi pemberian medan

magnet eksternal, dengan memvariasikan arus listrik yang diberikan terhadap koil magnet. Pengembangan proses ini

terbukti meningkatkan nilai remanence magnet, di mana dengan dilakukannya proses orientasi magnet secara parallel

atau sejajar dengan arah penekanan dalam proses pencetakan material magnet Barium heksaferrit dapat meningkatkan

nilai remanence sebesar dua hingga tiga kali lipat yaitu sebesar 1525 Gauss atau 0,15 T jika dibandingkan dengan

tanpa melalui proses orientasi magnet.

Kata kunci: remanence, orientasi, parallel, perpendicular, press, koil magnet, material magnet.

Abstract – Remanence and coercivity value is one of the characteristics of the magnetic material that determines the

quality of a magnetic material. In the process of making magnets, the magnetic orientation through the forming process

into a process that should be done. Experiments of magnetic orientation have been conducted that is perpendicular

position by positioning the source of the magnetic field perpendicular to the direction of the magnetic material emphasis,

but the results obtained are still not optimal. Therefore, other methods do with the position that is parallel to the

magnetic field source applying parallel to the direction of the magnetic material suppression. The first coil mounted in

the bottom of the press, while the second coil mounted on the top or suppressing the press tool. The experiments were

done by varying the material mold of Barium heksaferit towards the variation of the external magnetic field, by varying

the electric current supplied to the coil. The development process is proven to increase the value of the magnetic

remanence, where the magnetic orientation process done in parallel or parallel to the direction of the emphasis in the

forming process Barium heksaferrit magnetic material can increase the value of remanence by two to three times the

amount of 1529 gauss or 0.15 T when compared with without going through the process of magnetic orientation.

Keywords: remanence, orientation, parallel, perpendicular, press, coil, magnetic material.

I. PENDAHULUAN

Kristal magnet permanen memiliki sumbu mudah

orientasi yang merupakan sumbu paling mudah untuk

mengalami mangetisasi. Ketika proses magnetisasi, total

kuat magnet yang dihasilkan dari magnet permanen,

merupakan akumulasi dari kuat magnet masing-masing

kristalnya. Apabila arah kristal magnet penyusunnya

tersusun acak atau isotropic, maka maksimal kuat magnet

yang dapat diperoleh jauh dari nilai maksimal yang dapat

dihasilkan ketika seluruh arah kristal tersusun sejajar atau

anisotropic. Oleh karena itu, untuk mendapatkan magnet

permanen dengan kuat magnet maksimal, diperlukan

proses orientasi Kristal [1].

Untuk melakukan orientasi kristal, diperlukan 3 syarat

utama, yaitu: (1). tersedia cukup medan magnet luar yang

dapat mengalahkan medan magnet antar partikel,

sehingga dapat mengalahkan kecenderungan partikel

untuk membentuk pasangan sebagai kondisi struktur

magnetik yang stabil, (2) partikel dalam kondisi bebas

yang dapat berputar, sehingga ketika medan magnet

diberikan, partikel dapat bergerak, (3) partikel berada

dalam suatu media yang memungkinkan untuk bergerak,

seperti didalam cairan, atau tidak terkunci oleh gerakan

bebas partikel yang lainnya [2, 3, 4].

Gambar 1. Perputaran partikel oleh medan magnet

luar dari luar.

296 B. Hermanto / Pengembangan Parallel Type Magnetic Field Press Untuk Orientasi Partikel Magnetik Pada Proses Pencetakan

Magnet ferrite permanen


ISSN : 0853-0823

Gambar 1, menunjukkan proses orientasi partikel

magnetik ketika diberi medan magnet dari luar. Partikel

pada gambar 1.a dengan arah n, kemudian diterapkan

medan magnet H dengan arah m. Akibat medan magnet

tersebut maka partikel berubah arahnya sama dengan arah

m.

Gambar 2. Ilustrasi efek orentasi pada hasil sintering.

Setelah dilakukan orientasi dan pencetakan,

dilanjutkan dengan sintering. Pada proses sintering tanpa

medan magnet, proses sintering mengikuti hukum

otswald, di mana terjadi proses pembesaran ukuran kristal

tanpa adanya pengaruh efek arah kristal dari pemilihan

kristal mana yang yang membesar dan yang menghilang

[5]. Ilustrasi efek orientasi pada penumbuhan struktur

kristal dan arahnya ditunjukkan pada gambar 2. Untuk

dapat memperoleh kristal yang memiliki orientasi

optimal, persiapan partikel dengan distribusi ukuran yang

seragam, karakteristik morfologi dan magnetiknya

menjadi penting. Semua ini sangat dipengaruhi oleh

metoda sintesanya. Berbagai metoda sintesa selain

metoda kalsinasi telah dikembangkan, seperti Sol–gel [6],

penambahan precursor milling [7], co-precipitation [8],

dan gel casting dalam medan magnet [9].

Di Indonesia, pengembangan penelitian magnet telah

berjalan lebih dari dua dasawarsa. Namun demikian,

berbagai kendala dalam pengembangannya menjadikan

proses tersebut perlu diakselerasi. Untuk mendukung

proses orientasi pada proses pencetakan magnet untuk

membuat magnet permanen jenis anisotropic, pada

kegiatan ini telah dilakukan desain sistem alat magnetic

field press. Alat tersebut merupakan alat yang

memungkinkan untuk membuat pencetakan magent

dalam kondisi partikel terorientasi. Eksperimen proses

orientasi telah dilakukan dengan posisi perpendicular

yaitu dengan memposisikan sumber medan magnet tegak

lurus dengan arah penekanan material magnet, namun

hasil yang didapatkan masih belum optimal. Oleh karena

itu dilakukan metode lain yaitu dengan posisi paralel

yaitu dengan menerapkan sumber medan magnet sejajar

dengan arah penekanan material magnet. Desain tersebut

kemudian diimplementasikan pada prototipe dan diujikan

pada material Barium hexaferrite. Proses pengembangan

prototipe pengembangan Parallel Type Magnetic Field

Press dan ujicoba penggunaannya dilaporkan. Hal ini

memberikan informasi dalam proses pembuatan magnet,

bahwa proses orientasi magnet melalui proses pencetakan

magnet menjadi suatu proses yang harus dilakukan.

II. METODOLOGI Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan proses

anisotropik. Proses secara anisotropik adalah proses

pembuatan ferrite di mana pada waktu proses

pembentukannya dilakukan dalam medan magnet

sehingga partikel-partikel ferrite akan terorientasi. Tujuan

proses anisotropik adalah untuk mensejajarkan arah

partikel, sehingga magnet yang dihasilkan akan memiliki

nilai induksi Remanen (Br) dan koersifitas (Hc) yang

tinggi.

Tahapan pelaksanaan kegiatan penelitian ini dengan

membuat sistem Magnetic field press yang terdiri dari

sepasang koil magnet magnet yang dapat menghasilkan

medan magnet kuat dan alat press dengan kekuatan 50

Ton untuk memberi tekanan pada proses pencetakan pelet

magnet Barium hexaferrite. Sepasang koil magnet yang

diletakkan pada bagian bawah dan bagian atas alat press

secara parallel, yaitu arah medan magnet sejajar atau

parallel dengan arah penekanan pada proses press.

Selanjutnya melakukan ujicoba dengan pembuatan pelet

magnet dengan cetakan menggunakan bahan bubuk

Barium heksaferrit.

Untuk mencetak alat cetak dan penekan terbuat dari

dua variasi bahan, yaitu dari bahan stainless steel sus 304

yang bersifat para magnetic dan besi (SS) dengan target

bentuk pelet hasil cetakan adalah tabung dengan ukuran

diameter 16mm dan tebal 8 mm.

Untuk melakukan ujicoba pencetakan, pelet dibentuk

dari bubuk Barium hexaferrite yang diproses dalam

kondisi kering. Bubuk Barium hekaferrite dimasukkan

kedalam cetakan dan koil magnet diterapkan arus listrik

sehingga menghasilkan medan magnet induksi. Bubuk

Barium hexaferrite dalam keadaan diberi medan magnet

kemudian ditekan dengan tekanan hingga 30 kg/cm2.

Hasil cetakan berbentuk pelet selanjutnya dioven pada

suhu 100oC selama 4 jam dan disinter pada suhu 1200°C

dan lama waktu penahanan selama 1 jam. Setelah disinter

pelet kemudian dimagnetisasi dengan menggunakan alat

Impulse Magnetizer Dr. Steingroever Gmbh dan

kemudian kuat magnet dari magnet diukur menggunakan

sensor efek hall atau Gaussmeter.

III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Desain Alat Magnetic Field Press

Untuk mendapatkan sistem medan magnet yang dapat

dikombinasikan dengan alat press, telah didesain sistem

pembangkit medan magnet yang diletakkan sejajar atau

parallel dengan arah penekanan, seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 3.

Gambar 3. Desain kombinasi alat press dengan medan

magnet, arah tekanan sejajar dengan arah medan

magnet.



297


ISSN : 0853-0823

Sistem penekan didesain menggunakan press hidrolik

dari sistem alat Universal Testing Machine (UTM)

dengan kekuatan tekan 50Ton, buatan China yang dapat

dikontrol secara elektrik. Sistem pembangkit medan

magnet menggunakan koil magnet, diletakkan diantara

sistem penekan. Inti lilitan menggunakan besi lunak yang

diletakkan sepasang untuk saling memperkuat medan

magnet. Untuk menjaga timbulnya panas, digunakan

pendingin air yang diadopsi alat magnetizer. Jarak sistem

titik pusat medan dapat diatur untuk dapat mengatur

maksimal pembangkitan yang dapat diperoleh.

Pembangkitan medan magnet menggunakan sumber arus

DC dengan kekuatan sebesar maksimum 14 Ampere.

Sistem alat press orientasi paralel ditunjukkan pada

Gambar 4. Diantara kedua sisi koil magnet atas dan koil

magnet bawah diletakkan pencetak bentuk magnet seperti

Gambar 5, yang berbentuk silinder dengan diameter

lubang 16mm.

Gambar 4. Desain sistem magnetic field press paralel.

Gambar 5. Pencetak bentuk pelet magnet.

B. Distribusi Fluk Magnetik Sistem

Pada penelitian ini medan magnet dari sistem magnetic

field press, yang dikombinasikan dengan alat press untuk

mendapatkan titik atau posisi medan magnet yang

optimal, ujicoba pencetakan dalam medan magnet dengan

variasi arus, ujicoba dengan variasi material penekan

(stainless dan besi), dan mendapatkan hasil kuat flux

magnet Barium heksaferit dari penggunaan material

penekan stainless (SUS) dan besi (SS) yang diukur

dengan Gauss meter.

Untuk mengetahui distribusi fluk magnetik dari kedua

koil magnet dilakukan pengambilan data dengan

menerapkan variasi arus listrik pada koil magnet yang

terpasang pada alat press. Penerapan arus listrik

dilakukan dengan variasi 5A, 10A dan 13A. Sedangkan

pada proses penekanan dilakukan dengan dua variasi

yaitu dengan penekan stainless (SUS) dan besi (SS).

Distribusi posisi melintang horizontal diantara dua koil

magnet ditunjukkan pada gambar 6. Fluk magnetik pada

sisi posisi pengukuran meningkat sampai pusat dan turun

kembali pada sisi yang lain yaitu pada rentang

pengukuran 0 sampai dengan 30 Cm. Sedangkan

distribusi posisi melintang vertikal ditunjukkan pada

gambar 7, terlihat perbedaan fluk magnetik tidak besar

pada setiap titik pengukuran.

Gambar 6. Distribusi fluk magnetik posisi horizontal.

Koil

magnet

Hyraulic Press




ISSN : 0853-0823

Gambar 7. Distribusi fluk magnetik posisi vertikal.

Untuk membandingkan penggunaan bahan penekan

cetakan yaitu bahan Stainless Steel (SUS) dan Besi (SS).

Penggunaan penekan berbahan Stainless Steel baik

bagian penekan pendek 20 mm maupun penekan panjang

30 mm memperlihatkan distribusi yang mirip. Nilai fluk

magnet koil magnet berkisar antara 1,5-2 kG untuk

penerapan 5 Ampere, 2,5-3,5 kG untuk penerapan 10

Ampere dan 3,4-4,0 kG untuk 13 Ampere. Hal ini

memberikan informasi bahwa penggunaan bahan

Stainless Steel tidak mempengaruhi besar fluk magnet

dari koil magnet.

Gambar 8. Distribusi penekan Stainless pendek.

Gambar 9. Distribusi penekan stainless panjang.

Jika dibandingkan penekan dengan bahan Besi (SS),

Nilai fluk magnet koil berkisar antara 4,0-6,0 kG untuk

penerapan 5 Ampere, 7,0-8,0 kG untuk penerapan 10

Ampere dan 7,5-9,0 kG untuk 13 Ampere. Tampak pada

Gambar 10 dan Gambar 11, penggunaan bahan Besi (SS)

untuk bagian penekan memberikan efek penguatan fluk

magnet dari koil sebesar 2 sampai 3 kali lipat dari besar

fluk magnet koil tanpa bahan (kosong).

Gambar 10. Distribusi penekan besi pendek.

Gambar 11. Distribusi penekan besi panjang.

C. Hasil Ujicoba Orientasi Magnet

Hasil dari pencetakan atau pembentukan menggunakan

sistem magnetic field press ditunjukkan pada Gambar 12.

Kualitas hasil pencetakan sangat ditentukan oleh tekanan

saat pencetakan dan cetakan. Cetakan yang ideal yaitu

yang mampu mengalirkan atau memfokuskan garis-garis

medan magnet melalui bagian penekan. Seperti yang

dilakukan pada eksperimen, menunjukan bahwa untuk

bagian penekan penggunaan bahan besi (SS) lebih baik

dari pada bahan stainless steel (SUS 304). Alat cetak

yang dibuat masih belum sempurna, dan masih dalam

tahap memiliki persyaratan minimal dapat digunakan.

Tingkat kepresisian pembuatan, bahan yang digunakan

masih memerlukan penyempurnaan. Hal ini

memungkinkan cetakan yang dihasilkan tidak baik, tidak

padat, tidak rata dan lainnya. Namun demikian alat cetak

ini sudah mampu membentuk sesuai bentuk yang

diinginkan.



299


ISSN : 0853-0823

Gambar 12. Contoh pelet hasil pengepresan diameter 16mm ×

10mm.

Gambar 13. Contoh foto mikroskopik pelet pembesaran 100x.

Hasil cetakan yang didapatkan masih banyak yang

berpori seperti terlihat pada contoh foto mikroskopik

pelet seperti pada gambar 13. Foto diambil pada

pembesaran 100x. Terlihat struktur permukaan berpori

dan kurang padat. Hal ini dimungkinkan karena

penggunaan cetakan dan bahan penekan yang kurang

baik.

Gambar 14. Hasil kuat magnet dari Barium hexaferrite yang

diperoleh dari orientasi pada kondisi bubuk

kering.

Hasil kuat magnet dari Barium hexaferrite setelah

dimagnetisasi menggunakan Impulse Magnetizer Dr.

Steingroever Gmbh pada tegangan dan arus tinggi dengan

waktu proses magnetisasi 5-10 detik, ditunjukkan pada

gambar 13. Hasil pengukuran menggunakan Gauss meter,

pada penerapan arus listrik pada koil magnet 5A untuk

penekan Stainless Steel menghasilkan magnet 878,83

Gauss sedangkan penekan besi menghasilkan magnet

1310,6 Gauss. Penerapan 10A untuk penekan Stainless

Steel menghasilkan magnet 1035,4 Gauss dan penekan

besi 1482,3 Gauss. Penerapan 13A untuk penekan

Stainless Steel 1200,8 Gauss dan penekan besi 1525,93

Gauss. Dapat dibandingkan dengan penelitian

sebelumnya, hasil kuat magnet dari Barium heksaferrite

tanpa menggunakan proses orientasi magnet berkisar

antara 600-800 Gauss. Dari enam magnet yang dihasilkan

penerapan arus listrik 13A dan penggunaan penekan besi

menghasilkan magnet dengan kuat magnet tertinggi.

IV. KESIMPULAN Pada kegiatan ini telah dilakukan desain dan

pengembangan sistem magnetic field press, yang

merupakan alat kombinasi sistem pencetakan magnet

dalam kondisi partikel terorientasi untuk mendapatkan

magnet permanen dengan arah kristal yang terorientasi

atau anisotropic. Arah tekanan pencetakan adalah sejajar

atau parallel dengan arah dari medan magnet yang

dibangkitkan. Distribusi medan magnet pada permukaan

inti sistem pembangkit dipengaruhi oleh bahan pencetak

dan penekan. Maksimum medan magnet yang bisa

dihasilkan pada titik pusat adalah 5 kG s.d 8 kG ketika

dua sistem koil magnet digunakan dengan jarak

permukaan antar inti sejauh 6 cm. Hasil ujicoba

menggunakan Barium hexaferrite dengan menggunakan

medan magnet maksimal menunjukkan bahwa nilai

tertinggi kuat magnet yang diperoleh sebesar 1.525 G

atau naik 2 sampai 3 kali lipat dari tanpa menggunakan

proses orientasi magnetik dengan variasi penekan dan

penerapan arus listrik pada koil magnet yang telah

dilakukan. Hal ini menunjukkan bahwa sistem magnetic

field press telah dapat berjalan dengan baik dan

pentingnya orientasi magnetik dalam proses pembuatan

magnet menjadi suatu proses yang harus dilakukan.

V. UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terimakasih kepada rekan-rekan yang telah

membantu dalam proses eksperimen dan pengambilan

data pada kegiatan ini. Ucapan terimakasih kepada

program DIPA Pusat Penelitian Fisika dan Program

Kompetitif sub program Material Maju dan

Nanoteknologi – Pusat Penelitian Metalurgi yang telah

memberikan sebagian dana untuk kegiatan ini.

PUSTAKA [1] MS Schramberg, "Hard Ferrite Magnets Reports", 2013,

pp. 8-17.

[2] H. Yasuda, O. Itsuo, "Microstructural Control and

Solidification Process Using a High Magnetic Field",

Feramu, vol.8 (2003), pp.158-160.

[3] H. Yasuda, I. Ohnaka, Y. Yamamoto, A. S. Wismogroho,

N. Takezawa, and K. Kishio, "Alignment of BiMn Crystal

Orientation in Bi-20at%Mn alloys by Laser Melting under

a Magnetic Field", Material Transactions, vol. 43

(2003),pp. 2550-2554.

[4] H. Yasuda, I. Ohnaka, Y. Yamamoto, K. Tokieda, K.

Kishio, "Formation of Crystallographically Aligned BiMn

Grains by Semi-solid Processing of Rapidly Solidified Bi-

Mn Alloys under a Magnetic Field", Material

Transactions,vol. 44 (2003), pp. 2207-2212.




ISSN : 0853-0823

[5] H.Z. Wang, Q. He, G.H. Wen, F. Wang, Z.H. Ding, B.

Yao, "Study of formation mechanism of barium hexaferrite

by sintering curve", Journal of Alloys and Compounds,

Vol. 504, 2010, pp. 70–75.

[6] S.S. Fortes, J. G. S. Duque, M. A. Macedo, "Nanocrystals

of BaFe12O19 obtained by the proteic sol-gel process”,

Physical B: Condensed Matter, vol. 384, 2006, pp. 88-90.

[7] A. Mali, . Ataie,"Structural characterization of nano-

crystalline BaFe12O 19 powders synthesized by sol-gel

combustion route", Scripta Materialia, vol. 53, 2005, pp.

1065-1070.

[8] P. Shepherd, K. K Mallick, and R. J. Green, "Magnetic and

structural properties of M-type barium hexaferrite prepared

by co-precipitation", Journal of Magnetism and Magnetic

Materials, vol. 311, 2007, pp. 683-692.

[9] D. B. Hovis, and K. T. Faber, "Textured microstructures

in barium hexaferrite by magnetic field assisted gelcasting

and templated grain growth", Scripta Materialia, vol. 44,

2001, pp. 2525-2529.

[10] A. S. Wismogroho, dan B. Hermanto, “Pengembangan

Perpendicular Type Magnetic Field Press Untuk Orientasi

Partikel Magnetik Pada Proses Pencetakan Magnet Ferrite

Permanen” Proceeding Seminar Ilmu Pengetahuan Teknik

2013 “Teknologi Untuk Mendukung Pembangunan

Nasional“, pp.86-90.

TANYA JAWAB

Yayan, UNESA

? Apakah pengaruhnya penekan besi dengan penekan

stainless steel?

Bambang Hermanto, LIPI

@ Menggunakan penekan besi, distribusi medan magnet

yang dihasilkan pada titik pengukuran mencapai 2 sampai

3 kali lipat jika dibandingkan dengan penekan stainless

steel,. Dari hasil magnet yang dihasilkan pun, kuat medan

magnet dengan penekan besi lebih baik dibanding

penekan stainless steel.

Dewita, BATAN ? a). Apakah dari termokopel ke termocouple amplifier

menggunakan extensi kabel yang sesuai dengan

termokopel tipe k?

b). Apakah resolusi 0,25 oC cukup memadai untuk

pengukuran yang dinginkan?

Bambang Hermanto, LIPI

@ a). Iya benar, koneksi terminasi dari termokopel ke

termokopel amplifier menggunakan jenis yang sesuai

untuk aplikasi suhu sampai 1300 oC termokopel yang

sesuai adalah tipe K. Tidak memerlukan ekstensi kabel

karena panjang termokopel ke bagian mikrokontroler

dekat, ±1 meter.

b). Penggunaan termokopel amplifier dengan resolusi

0,25oC sudah cukup untuk monitoring suhu sampai

1000oC.

Marga Asta Jaya Mulya, LIPI ? Bagaimana hasil dari penelitian Bapak?

Bambang Hermanto, LIPI @ Bahwa proses press dengan orientasi merupakan

tahap yang perlu dilakukan dihasilkan nilai fluk magnet

yang dihasilkan bisa mencapai 2 – 3 kali dibandingkan

tanpa melalui proses orientasi tertinggi dihasilkan magnet

dengan penerapan arus listrik 13A pada koil magnet

sebesar 1525 Gauss.

Documents

Pengembangan Parallel Type Magnetic Field Press untuk ... file296 B. Hermanto / Pengembangan Parallel Type Magnetic Field Press Untuk Orientasi Partikel Magnetik Pada Proses Pencetakan