Sintesis Material Fe-N Berbasis Serbuk Fe2O3 Dengan Variasi Waktu Tahan dan Laju Aliran Gas Proses Nitriding

Produksi motor listrik di Indonesia sangat gencar beberapa tahun belakangan ini. Hal ini tidak lepas dari pengaplikasian magnet untuk sistem penggerak motor listrik tersebut. Di dalam stator untuk menggerakkan, terdapat komponen yang Bernama core. Selama ini, untuk mendapatkan komponen tersebut masih harus import dari negara lain, khususnya negara China. Padahal negara ini dapat memanfaatkan pasir besi yang tersebar di sepanjang pantai-pantai Indonesia sebagai bahan baku untuk pembuatan material magnet. Pasir besi tersebut mengandung mineral-mineral magnetic yang dapat dijadikan Fe-N atau besi nitrida. Mineral-mineral utama yang terkandung adalah magnetite (Fe3O4) dan hematite (α-Fe2O3). Untuk dijadikan besi nitrida, mineral melalui beberapa proses, yang akhirnya diproses nitridasi. Besi nitrida tersebut memiliki sifat ferromagnetik sehingga sangat cocok digunakan dalam aplikasi magnet. Pada penelitian ini dilakukan sintesis besi nitrida menggunakan material α-Fe2O3. Material tersebut adalah hasil oksidasi dari material Fe3O4 yang telah dikopresipitasi. Proses nitridasi yang digunakan adalah metode gas nitridasi. Proses gas nitridasi menggunkan media gas NH3 pada tekanan 0,003 MPa atau 5 Psi. proses ini dilakukan di temperatur 625°C untuk semua pengujian dan ditahan di waktu 2 jam dan 4 jam. Penelitian ini memvarasikan flowgas yang digunakan, yaitu di 100 ml/min, 150 ml/min, dan 200 ml/min. Besi nitrida yang terbentuk akan diuji menggunakan X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscope (SEM) dan Energy Dispersive X-Ray Spectroscope (EDS) untuk mengetahui karakteristik fasa, struktur mikro, komposisi atom dan juga ukuran partikel. Hasil yang didapat dari penelitian ini adalah terbentuknya fasa besi nitrida sebagai hasil dari proses nitridasi. Untuk variasi laju aliran mempengaruhi banyaknya ketersedian gas NH3 di dalam tube selama proses nitridasi berlangsung, sehingga saat diaplikasikan waktu tahan yang sama terdapat perbedaan komposisi fasa yang terbentuk. Variasi waktu penahanan berpengaruh terhadap lama waktu kontak serbuk Fe2O3 dengan gas NH3 saat proses nitridasi berlangsung, sehingga fasa Fe2O3 dapat berdifusi lebih banyak. Pada waktu penahanan 2 jam, komposisi fasa Fe3N yang terbentuk cenderung naik seiring naiknya laju aliran yang diaplikasikan. Untuk waktu penahanan 4 jam karena waktu tahan yang cukup, terbentuk fasa Fe3N dan fasa Fe4N. Didapatkan fasa Fe3N untuk seluruh variasi laju aliran pada waktu tahan 2 jam. Untuk variasi laju aliran 100 ml/min, 150 ml/min dan 200 ml/min didapatkan fasa Fe3N yang terbentuk masing-masing sebesar 3.16%, 13.95% dan 11.35%. fasa Fe3N yang terbentuk pada variasi waktu tahan 2 jam tergolong sedikit dikarenakan fasa Fe2O3 yang ada lebih banyak berdifusi menjadi fasa Fe3O4 sebagai hasil dari reaksi reduksi. Untuk proses nitridasi dengan variasi waktu tahan selama 4 jam pada laju aliran 150 ml/min, didapatkan fasa Fe3N dan fasa Fe4N yang terbentuk masing-masing sebesar 81.23% dan 18.77%. Sudah tidak ditemukan kembali fasa Fe2O3 dan fasa Fe3O4 dalam variasi waktu tahan 4 jam. Hal ini disebabkan fasa Fe2O3 telah berdifusi secara sempurna. ================================================================================================ The production of electric motors in Indonesia has been very intense in recent years. This can not be separated from the application of magnets for the electric motor drive system. Inside the stator to drive, there is a component called core. So far, to get these components, you still have to import from other countries, especially China. In fact, this country can use the iron sand scattered along the coasts of Indonesia as a raw material for the manufacture of magnetic materials. The iron sand contains magnetic minerals that can be used as Fe-N or iron nitride. The main minerals contained are magnetite (Fe3O4) and hematite (α-Fe2O3). To make iron nitride, minerals go through several processes, which are finally processed by nitriding. The iron nitride has ferromagnetic properties so it is very suitable for use in magnetic applications. In this study, iron nitride was synthesized using α -Fe2O3 material. The material is the result of oxidation of Fe3O4 material that has been coprecipitation. The nitriding process used is the gas nitriding method. The gas nitriding process uses NH3 gas media at a pressure of 0.003 MPa or 5 Psi. this process was carried out at 625°C for all tests and held for 2 hours and 4 hours. This study varied the flow gas used, namely at 100 ml/min, 150 ml/min, and 200 ml/min. The iron nitride formed will be tested using X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscope (SEM) and Energy Dispersive X-Ray Spectroscope (EDS) to determine phase characteristics, microstructure, atomic composition and also particle size. The result of this research is the formation of iron nitride phase as a result of the nitriding process. Variations in flow rate affect the availability of NH3 gas in the tube during the nitriding process, so that when the same holding time is applied, there are differences in the phase composition formed. Variations in holding time affect the contact time of Fe2O3 powder with NH3 gas during the nitriding process, so that the Fe2O3 phase can diffuse more. At a holding time of 2 hours, the composition of the Fe3N phase formed tends to increase with the increase in the applied flow rate. For a holding time of 4 hours due to sufficient holding time, Fe3N and Fe4N phases were formed. Fe3N phase was obtained for all variations of flow rate at a holding time of 2 hours. For variations in flow rates of 100 ml/min, 150 ml/min and 200 ml/min, the Fe3N phase formed was 3.16%, 13.95% and 11.35%, respectively. The Fe3N phase formed in the variation of the holding time of 2 hours is relatively small because the existing Fe2O3 phase diffuses more into the Fe3O4 phase as a result of the reduction reaction. For the nitriding process with a holding time variation of 4 hours at a flow rate of 150 ml/min, the Fe3N phase and the Fe4N phase formed were 81.23% and 18.77%, respectively. The Fe2O3 and Fe3O4 phases have not been found again with variations in holding time of 4 hours. This is because the Fe2O3 phase has diffused completely