Studi Eksperimental Pengaruh Tekanan Kompaksi Pada Proses Sintesis Soft Magnetic Composite Berbasis Besi Nitrida

Hasudungan, Hendra Alex (2025) Studi Eksperimental Pengaruh Tekanan Kompaksi Pada Proses Sintesis Soft Magnetic Composite Berbasis Besi Nitrida. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5007201171-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (3MB) | Request a copy

Abstract

Soft Magnetic Composite (SMC) merupakan komposit yang tersusun atas partikel-partikel serbuk bersifat ferromagnetik yang dilapisi dengan lapisan isolasi. Salah satu material yang biasanya digunakan sebagai penyusun dari SMC adalah besi nitrida. Besi nitrida sendiri bersifat ferromagnetik di temperatur kamar dan bisa disintesis dari besi oksida yang diberikan perlakuan nitridasi gas. Pada penelitian ini, serbuk besi oksida yang digunakan merupakan serbuk magnetit (Fe3O4). Fe3O4 memiliki sifat magnetik, seperti saturasi magnet dan juga permeabilitas, yang lebih baik jika dibanding besi oksida lainnya. Sehingga, Fe3O4 digunakan sebagai bahan dasar untuk proses preparasi dari besi nitrida, yang nantinya akan digunakan sebagai material penyusun dari SMC. Serbuk Fe3O4 yang didapat secara komersil dikopresipitasi guna mengurangi ukuran partikel untuk meningkatkan rasio luas permukaan dengan volume dengan harapan meningkatkan laju reaksi dan difusi dari partikel. Kemudian serbuk akan dinitridasi menggunakan gas ammonia sehingga membentuk besi nitrida. Setelah itu, serbuk hasil nitridasi akan melewati proses phosphate coating dengan mencampurkan serbuk dan larutan asam fosfat-etanol yang bertujuan untuk membuat lapisan isolator pada partikel sehingga mengurangi eddy current loss. Setelah itu, juga akan di-mixing dengan resin fenolik sebagai binder serta zinc stearate sebagai lubricant. Hasil campuran kemudian dikompaksi pada tekanan variasi 100, 200, 300, 400, 500, dan 600 MPa, yang pada proses kompaksi ini akan terjadi cold working, mengakibatkan munculnya tegangan internal yang memberi efek negatif terhadap sifat magnet material. Maka, spesimen diberi perlakuan panas annealing pada temperatur 400 °C selama 1 jam dan didinginkan dengan pendinginan ambien, dengan harapan mengurangi atau menghilangkan tegangan dari proses kompaksi. Beberapa pengujian yang dilakukan untuk mengetahui karakteristik material yaitu, X-rays Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive of X-ray Spectroscopy (SEM-EDS), Vibrating Sample Magnetometer (VSM), Particle Size Analyzer (PSA), dan uji densitas. Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, serbuk Fe3O4 yang digunakan memiliki ukuran partikel sebesar 209,6 nm. Selain itu, proses nitridasi gas menghasilkan serbuk dengan fasa Fe3N sebanyak 88,59% yang memiliki saturasi magnet sebesar 35,062 emu/g dan koersivitas 97,85 Oe. Untuk SMC yang dihasilkan memiliki nilai sifat magnetik yang beragam, dengan spesimen pada tekanan 600 MPa memiliki nilai saturasi magnet tertinggi sebesar 44,75 emu/g dan yang terendah didapat oleh spesimen tekanan 100 MPa dengan nilai sebesar 38,48 emu/g. Koersivitas tertinggi sendiri didapat sebesar 359,76 Oe pada spesimen dengan tekanan kompaksi 100 MPa dan terendah pada spesimen tekanan 400 MPa sebesar 239,49 Oe.
=========================================================================================================================================
Soft Magnetic Composite (SMC) is a composite composed of ferromagnetic powder particles which are coated with an insulating layer. Iron nitride is one of the typical components used in SMC. Iron nitride itself exhibits ferromagnetic properties at room temperature and can be synthesized from iron oxide given a gas nitriding treatment. In this research, the iron oxide powder used is magnetite powder (Fe3O4). Fe3O4 has magnetic properties, such as magnetic saturation and permeability, which are better than other iron oxides. Thus, Fe3O4 is used as a raw material for the preparation process of iron nitride, which will later be used as a constituent material of SMC. Commercially obtained Fe3O4 powder is coprecipitated to reduce particle size to increase the ratio of surface area-to-volume, increased the reaction rate of Fe3O4 powder particles is expected. Then the powder will be nitrided using ammonia gas to form iron nitride. After that, the nitrided powder will go through a phosphate coating process by mixing the powder and phosphoric acid-ethanol which aims to create an insulator layer on the particles to reduce eddy current loss. After that, it will also be mixed with phenolic resin as a binder and zinc stearate as a lubricant. The mixture is then compressed at varying pressures of 100, 200, 300, 400, 500, and 600 MPa, which in this compaction process will occur cold working, resulting in the appearance of internal stresses that have a negative effect on the magnetic properties of the material. Thus, the specimens were given annealing heat treatment at 400°C for 1 hour and cooled by ambient cooling, in the hope of reducing or eliminating the stress from the compaction process. Several tests were conducted to determine the characteristics of the material, namely, X-rays Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive of X-ray Spectroscopy (SEM-EDS), Vibrating Sample Magnetometer (VSM), Particle Size Analyzer (PSA), and density test. Based on the results of the research, the Fe3O4 powder used has a particle size of 209,6 nm. The gas nitriding process produces powders with Fe3N phase as much as 88,59% which has a magnetic saturation of 35,062 emu/g and coercivity of 97,85 Oe. The produced SMC have a various range of magnetic properties values, with specimen at 600 MPa pressure having the highest magnetic saturation value of 44,75 emu/g and the lowest obtained by 100 MPa pressure specimen with a value of 38,48 emu/g. The highest coercivity itself is obtained at 359,76 Oe in specimen with a compaction pressure of 100 MPa and the lowest in 400 MPa pressure specimen at 239,49 Oe.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Besi Nitrida, Komposit Magnetik Lunak, Tekanan Kompaksi, Iron Nitride, Soft Magnetic Composite, Compaction Pressure
Subjects:	Q Science > QC Physics > QC765 Magnetic materials
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Hendra Alex Hasudungan
Date Deposited:	04 Aug 2025 05:45
Last Modified:	04 Aug 2025 05:46
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/125456

Actions (login required)

View Item