Pengaruh Temperatur Dan Waktu Penahanan Pada Sintesis Material Fe-N Berbasis Material Serbuk α-Fe2O3 Dengan Menggunakan Proses Gas Nitriding

Angka impor material magnet untuk kebutuhan produksi komponen motor listrik di Indonesia tergolong cukup tinggi, berbeda dengan negara lain seperti Jepang dan Cina yang sudah dapat memproduksi material magnetnya sendiri. Salah satu tindakan yang dapat dilakukan oleh negara Indonesia untuk menekan angka impor tersebut adalah dengan memanfaatkan kekayaan alamnya yaitu pasir besi alam sebagai bahan dasar pembentukan material magnetik. Salah satu material magnetik adalah besi nitrida yang dapat disintesis dari kandungan mineral pada pasir besi dengan menggunakan beberapa metode, salah satunya adalah menggunakan metode nitridasi gas atau gas nitriding. Fasa besi nitrida yang terbentuk dipengaruhi terhadap temperatur dan lama waktu tahan selama proses nitridasi. Pasir besi memiliki kandungan mineral magnetik seperti magnetit (Fe3O4), dan hematit (α-Fe2O3) sebagai mineral utamanya. Pada penelitian ini menggunakan spesimen material hematit (α-Fe2O3) hasil oksidasi material magnetit yang telah melalui proses kopresipitasi. Material bubuk hematit ini akan disintesis menjadi bubuk besi nitrida atau Fe-N dengan menggunakan metode nitridasi gas atau gas nitriding. Besi Nitrida (Fe-N) memiliki beberapa jenis fasa yang dapat terbentuk pada temperatur yang berbeda. Proses nitridasi gas dilakukan dengan serbuk α-Fe2O3 yang dialiri gas amonia (NH3) pada tekanan 0,03 MPa dan laju aliran 150 mL/menit. Variasi temperatur yang digunakan adalah 600oC, 625oC, dan 650oC dengan waktu tahan atau holding time selama 2 jam dan 4 jam. Hasil sintesis Fe-N kemudian dikarakterisasi menggunakan XRD untuk menganalisis pembentukan dan komposisi fasa yang terjadi pada kandungannya. Fasa besi nitrida yang terbentuk dari hasil penelitian ini adalah Fe3N pada variasi waktu tahan 2 jam tiap variasi temperatur 600oC, 625oC, dan 650oC dengan masih adanya sisa Fe2O3 dari proses sebelumnya dan Fe3O4 hasil dari reduksi Fe2O3. Masing-masing komposisi Fe3N yang terbentuk mengalami penurunan tiap kenaikan temperatur, yaitu 17,113%wt, 13,954%wt, dan 7,494%wt secara berurutan. Hal tersebut terjadi dikarenakan pada variasi waktu tahan 2 jam, Fe2O3 lebih banyak tereduksi menjadi Fe3O4 dibandingkan menjadi fasa besi nitrida dibuktikan dengan meningkatnya kandungan Fe3O4 tiap kenaikan temperatur. Pada variasi waktu tahan 4 jam, fasa besi nitrida yang terbentuk adalah Fe3N dan Fe4N dengan tidak ada sisa Fe2O3 dan Fe3O4 pada kandungannya tiap variasi temperatur 600oC dan 625oC. Kandungan Fe3N yang terbentuk sebesar 80.361%wt dan 78.842%wt, sedangkan kandungan Fe4N yang terbentuk adalah 19.639%wt dan 21.157%wt secara berurutan dengan kenaikan temperatur. Dapat diketahui bahwa pada variasi 4 jam, kandungan Fe3N mengalami penurunan, sedangkan Fe4N mengalami kenaikan seiring dengan naiknya temperatur pada proses nitridasi. ===================================================================================================== The number of imports of magnetic materials for the production needs of electric motor components in Indonesia is quite high, in contrast to other countries such as Japan and China which are already able to produce their own magnetic materials. One of the actions that can be taken by the Indonesian state to reduce the number of imports is to utilize its natural wealth, namely natural iron sand as the basic material for the formation of magnetic materials. One of the magnetic materials is iron nitride which can be synthesized from mineral content in iron sand using several methods, one of which is gas nitriding method. The iron nitride phase formed is influenced by temperature and the length of holding time during the nitriding process. Iron sand contains magnetic minerals such as magnetite (Fe3O4), and hematite (α-Fe2O3) as the main minerals. In this study, hematite (α-Fe2O3) was used as a result of the oxidation of magnetite material that had gone through the coprecipitation process. This hematite powder material will be synthesized into iron nitride or Fe-N powder using gas nitriding or gas nitriding methods. Iron Nitride (Fe-N) has several types of phases that can be formed at different temperatures. The gas nitriding process was carried out with Fe2O3 powder which was flowed with ammonia gas (NH3) at a pressure of 0.03 MPa and a flow rate of 150 mL/min. The temperature variations used are 6000C, 6250C, and 6500C with a holding time of 2 hours and 4 hours. The results of the Fe-N synthesis were then characterized using XRD to analyse the formation and composition of the phases that occurred of the content. The iron nitride phase formed from the results of this study is Fe3N at a holding time variation of 2 hours for each temperature variation of 600oC, 625oC, and 650oC with the remaining Fe2O3 from the previous process and Fe3O4 resulting from the reduction of Fe2O3. Each of the Fe3N compositions formed decreased with each increase in temperature, namely 17.113%wt, 13.954%wt, and 7.494%wt respectively. This happened because in the variation of holding time of 2 hours, more Fe2O3 was reduced to Fe3O4 compared to the iron nitride phase as evidenced by the increasing content of Fe3O4 with each increase in temperature. At a holding time variation of 4 hours, the iron nitride phases formed were Fe3N and Fe4N with no remaining Fe2O3 and Fe3O4 in their contents for each temperature variation of 600oC and 625oC. The Fe3N content formed was 80.361%wt and 78.842%wt, while the Fe4N content formed was 19.639%wt and 21.157%wt respectively with increasing temperature. It can be seen that in the 4-hour variation, Fe3N content decreased, while Fe4N increased with increasing temperature in the nitriding process