Pengaruh Temperatur Nitriding pada Sintesis Material Besi Nitrida untuk Pembuatan Soft Magnetic Composite

Abdurrasyid, Ayas Hatim (2026) Pengaruh Temperatur Nitriding pada Sintesis Material Besi Nitrida untuk Pembuatan Soft Magnetic Composite. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5007211126-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 5 February 2026. Download (7MB) | Request a copy

Abstract

Berbagai kekayaan alam yang melimpah di Indonesia, salah satunya adalah mineral pasir besi yang bernama magnetit (Fe3O4). Salah satu pemanfaatan dari magnetit adalah dalam fabrikasi soft magnetic composite (SMC), dengan mensintesiskan magnetit untuk menjadi besi nitrida yang memiliki sifat fisik yang menjanjikan pada aspek motor listrik, dengan memiliki perilaku feromagnetik. Keunikan dari SMC adalah karakteristiknya yang bersifat feromagnetik isotropik, dimana memiliki saturasi magnetik yang baik dan total core loss yang rendah. Fasa besi nitrida yang sering diaplikasikan pada SMC adalah ε-Fe3N, γ’-Fe4N, dan Fe8N, perbedaan fasa besi nitrida ini dipengaruhi oleh temperatur pada proses gas nitriding. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui proses yang dibutuhkan pada pembuatan SMC, mengidentifikasi pengaruh temperatur dalam proses nitridasi gas pada pembuatan SMC, dan memahami karakter dari SMC dengan basis besi nitrida hasil sintesis dari magnetit. Pada pembuatan SMC memiliki beberapa proses, meliputi kopresipitasi serbuk magnetit untuk mendapatkan serbuk magnetit nanopartikel, nitridasi gas untuk mendapatkan besi nitrida dengan temperatur 625℃, 650℃, dan 675℃ pada waktu tahan selama 4 jam, kemudian dilakukan phospate coating dan mixing. Lalu, serbuk besi nitrida diberikan tekanan sebesar 500 MPa melalui proses kompaksi, yang kemudian diberikan perlakuan panas annealing dengan atmosfer gas argon pada temperatur 400℃. Karakterisasi yang akan dilakukan meliputi X-Ray Diffraction (XRD), Particle Size Analyzer (PSA), Scanning Electron Microscopy (SEM) – Energy Dispersive of X-Ray Spectroscopy (EDS), pengujian densitas dengan prinsip Archimedes, dan Vibrating Sample Magnetometer (VSM). Berdasarkan analisis yang dilakukan, serbuk magnetit yang digunakan memiliki ukuran partikel sebesar 209,6 nm. Ketiga variasi temperatur memiliki serbuk besi nitrida yang mengandung pengotor berupa hematit dan magnetit. Serbuk besi nitrida hasil sintesis dari proses nitridasi gas pada temperatur 675℃ memiliki fasa Fe3N paling banyak, memiliki morfologi dengan bentuk struktur lamellar yang tidak beraturan dan memiliki partikel kecil yang paling seragam, serta memiliki sifat magnetik yang paling baik, dengan nilai saturasi magnetik sebesar 55,78 emu/g dan nilai koersivitas sebesar 39,69 Oe. SMC yang dibuat pada penelitian ini memiliki lapisan fosfat tipis sebagai lapisan isolator hasil dari proses phospate coating. Sifat magnetik SMC yang telah melalui proses annealing memiliki nilai saturasi magnetik senilai 70,92 emu/g dan nilai koersivitas sebesar 97,07 Oe.
=======================================================================================================================================
Indonesia possesses abundant natural resources, one of which is the iron sand mineral magnetite (Fe3O4). One application of magnetite is in the fabrication of soft magnetic composites (SMC), where magnetite is synthesized into iron nitride exhibiting promising physical properties for electric motor applications due to its ferromagnetic behavior. The uniqueness of SMC is in their isotropic ferromagnetic characteristics, featuring good magnetic saturation and low total core loss. The iron nitride phases commonly applied in SMC are ε-Fe3N, γ’-Fe4N, and Fe8N, differences in these iron nitride phases are influenced by the temperature during the gas nitriding process. This study aims to understand the process required for SMC production, identify the influence of temperature in the gas nitriding process on SMC fabrication, and characterize SMC based on iron nitrides synthesized from magnetite. The production of SMC involves several processes, including co-precipitation of magnetite powder to obtain magnetite nanoparticles, gas nitriding to produce iron nitride at temperatures of 625°C, 650°C, and 675°C for a holding time of 4 hours, followed by phosphate coating and mixing. Subsequently, the iron nitride powder is compacted under a pressure of 500 MPa, then subjected to annealing heat treatment in an argon gas atmosphere at 400°C. Characterization techniques include X-Ray Diffraction (XRD), Particle Size Analyzer (PSA), Scanning Electron Microscopy (SEM) – Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), density measurement using Archimedes' principle, and Vibrating Sample Magnetometer (VSM). Based on the analysis, the magnetite powder used had a particle size of 209.6 nm. All three temperature variations yielded iron nitride powders contaminated with hematite and magnetite impurities. The iron nitride powder synthesized via gas nitriding at 675°C exhibited the highest Fe3N phase content, shows irregular lamellar morphology possessing the most homogeneous small particles, and the best magnetic properties, with a saturation magnetization of 55.78 emu/g and coercivity of 39.69 Oe. The SMC produced in this study featured a thin phosphate layer as an insulating coating from the phosphate coating process. The magnetic properties of the annealed SMC showed a saturation magnetization of 70.92 emu/g and coercivity of 97.07 Oe.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Komposit Magnetik Lunak, Besi Nitrida, Nitridasi Gas, Soft Magnetic Composite, Iron Nitride, Gas Nitriding
Subjects:	T Technology > TL Motor vehicles. Aeronautics. Astronautics > TL240.5 Composite materials T Technology > TN Mining engineering. Metallurgy > TN408.N56 Sand, Iron T Technology > TS Manufactures > TS205 Metals--Heat treatment.
Depositing User:	Ayas Hatim Abdurrasyid
Date Deposited:	03 Feb 2026 04:36
Last Modified:	03 Feb 2026 04:36
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/131831

Actions (login required)

View Item