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53 rizzetto bachelor_ elettropulitura niobio liquidi ionici_enzo palmieri
 

53 rizzetto bachelor_ elettropulitura niobio liquidi ionici_enzo palmieri

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The electropolishing of niobium cavities is commonly made in an acid electrolyte constituted by a mixture of sulphuric and hydrofluoric acid, in a volume ratio of 1:9. Considering the hazards and ...

The electropolishing of niobium cavities is commonly made in an acid electrolyte constituted by a mixture of sulphuric and hydrofluoric acid, in a volume ratio of 1:9. Considering the hazards and problems related to the use of these substances, in the last years many research teams have developed alternative electrolytic solutions, which are more or less effective.
One of them is being tested at the Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL): it consists of a ionic liquid, i.e. a salt that is liquid at room temperature. It is prepared simply mixing two solids: urea and choline chloride. This electrolyte was initially studied by Abbott et al. in 2003. They then gave evidence of the potential of ionic liquids based on choline chloride electropolishing successfully stainless steel.
Recent studies at LNL have confirmed that electropolishing of niobium with this electrolyte is possible.

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    53 rizzetto bachelor_ elettropulitura niobio liquidi ionici_enzo palmieri 53 rizzetto bachelor_ elettropulitura niobio liquidi ionici_enzo palmieri Presentation Transcript

    • For this and many more thesis, visit the free download area on: http://www.surfacetreatments.it/ http://www.slideshare.net/PalmieriProfEnzo
    • UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PADOVA FACOLTA’ DI SCIENZE MM. FF. NN. CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN SCIENZA DEI MATERIALI APPLICABILITA’ DEI LIQUIDI IONICI ALL’ELETTROPULITURA DEL NIOBIO Relatore Candidato Prof.V. Palmieri Dario Rizzetto Correlatore Dott.ssa V. Rampazzo Anno Accademico 2008/2009
    • LE CAVITA’ SUPERCONDUTTIVE IN NIOBIO Le cavità superconduttive in niobio sono l’elemento costruttivo basilare di un acceleratore di particelle In esse si possono accelerare particelle cariche a velocità prossime a quelle della luce Le particelle risentono del campo Si introduce nella cavità elettrico sempre e solo nella una radiazione RF alla direzione del loro avanzamento frequenza di risonanza Le particelle cariche vengono immesse in fase con il campo elettrico
    • LE CAVITA’ SUPERCONDUTTIVE IN NIOBIO Uno degli aspetti più importanti su cui lavorare per migliorare le prestazioni delle cavità è la finitura superficiale Una cavità con la superficie interna liscia è più efficiente Per raggiungere tale obiettivo la tecnica più efficace si è rivelata l’elettropulitura
    • ELETTROPULITURA L’elettropulitura è una tecnica elettrochimica che permette di erodere in maniera controllata materiale metallico A subire il processo di erosione è l’anodo Il metallo si ossida Si forma un sale complesso che si dissolvenell’elettrolita: Durante il processo si assiste alla formazione di un film viscoso all’anodo
    • ELETTROPULITURA Il film viscoso permette di erodere preferenzialmente le punte (Modello di Jacquet) Si ottiene quindi una superficie: Liscia Lucida
    • PERCHE’ SCEGLIERE I LIQUIDI IONICI? L’elettrolita usato finora per l’EP del niobio è costituito da: • HF (40-48% wt) Miscela 1:9 in volume • H2SO4 (95% wt) Entrambe le sostanze sono tossiche, corrosive e inquinanti Negli ultimi anni sono stati studiati e sperimentati elettroliti alternativi più sicuri Grande interesse è rivolto ai liquidi ionici I liquidi ionici sono dei sali che fondono sotto i 100 C A provocare l’abbassamento della TFUS sono le grandi dimensioni e l’asimmetria dei cationi organici
    • LIQUIDO IONICO UTILIZZATO Il liquido ionico utilizzato come elettrolita è costituito da: Urea Cloruro di Colina Per prepararlo: Mescolare urea e cloruro di colina in rapporto molare 4:1 Riscaldare finché non si ha un liquido incolore I suoi vantaggi: E’ non volatile, stabile in aria e acqua, non corrosivo né infiammabile E’ biodegradabile Possiede una buona conducibilità elettrica e termica Reagenti poco costosi e facili da reperire
    • SCOPO DEL LAVORO Il liquido ionico costituito da urea e cloruro di colina è di recente scoperta: 2003: viene sperimentato per la prima volta da Abbott et al. 2007: elettropulitura, per la prima volta, del niobio (LNL) 2008: primo lavoro finalizzato all’elettropulitura di cavità (LNL) Per approfondire i risultati dell’ultimo studio si è scelto di simulare il processo previsto per le cavità con campioni planari: Studio dei parametri implicati e delle condizioni previste Ottimizzazione dei parametri Applicazione all’EP di cavità
    • LAVORO SPERIMENTALE Scelta del migliore elettrolita EP di campioni Caratterizzazione: planari di niobio determinazione della TTR Caratterizzazione: Analisi della variazione dei parametri: Profilometro Densità di corrente SEM Rapporto di superficie tra gli elettrodi Sovratensioni EP in flusso di Invecchiamento del liquido ionico cavità a 6 GHz Agitazione
    • SCELTA ELETTROLITA Nei precedenti lavori al liquido ionico formato era aggiunta una soluzione di ammonio cloruro Il processo di EP dipende dalla presenza di ioni ammonio più che dagli ioni cloruro Per aumentare la concentrazione di ioni ammonio si è accresciuta quella di urea Vantaggi: Preparazione più semplice Componente poco costoso e disponibile in quantità Il liquido ionico utilizzato è 4:1 molare urea-CC
    • CARATTERIZZAZIONE ELETTROLITA I liquidi ionici danno spesso luogo a fenomeni di sottoraffreddamento seguiti dalla formazione di un solido amorfo Si è caratterizzato il liquido ionico riportando la TTR per cui si passa dai due solidi al liquido Tinizio 10% (T fine 10%) TTR 2 Tinizio 10% (T fine 10%) TTR 2
    • ELETTROPULITURA CAMPIONI Densità di Corrente Regola il flusso di carica e quindi la quantità di materiale eroso. Il valore ideale è di circa 0,3 A∙cm-2. Rapporto di superficie tra gli elettrodi Il rapporto di superficie tra anodo e catodo è stato portato da 3,5 a 16. La tensione utilizzata però è molto più alta e si riscalda di più l’elettrolita.
    • ELETTROPULITURA CAMPIONI Sovratensioni Facilitano la dissoluzione del film di ossido superficiale e ne evitano la riformazione. La loro riduzione evita danni all’elettrolita. Il loro valore è stato abbassato da 0,6 a 0,4 A∙cm-2 con buoni risultati. Agitazione E’ necessaria per rimuovere le bolle di gas dalla superficie. Se è troppo forte però si arrecano danni al film viscoso.
    • ELETTROPULITURA CAMPIONI Invecchiamento del liquido Un elettrolita invecchiato Fresco dà risultati migliori di uno preparato a fresco Il film viscoso si forma più velocemente; ciò permette Invecchiato un’erosione più uniforme
    • CARATTERIZZAZIONE CAMPIONI PROFILOMETRO Non trattato EP in liquido ionico n Campione Ra [nm] Rq [nm] 1 Ra zi Non trattato 1080 658 1585 989 n i 1 EP in acidi 132,7 189,7 n EP in IL (2008 LNL) 171 24 210 28 1 Rq zi2 EP in IL (2009 LNL) 93 16 110 20 n i 1
    • CARATTERIZZAZIONE CAMPIONI SEM
    • ELETTROPULITURA CAVITA’ Nei precedenti lavori le cavità erano trattate in elettrolita statico. Si è scelto di usare un processo con elettrolita in flusso!!!! Vantaggi previsti: Migliore termostatazione Migliore rimozione bolle Possibilità riutilizzo liquido
    • ELETTROPULITURA CAVITA’ A causa della forma complessa, si è pensato di effettuare il processo in due momenti: EP dei cut-off cilindrici Possibile solo con schermatura EP della cella parziale del catodo
    • CONCLUSIONI Campioni planari Si sono ottenuti degli ottimi risultati con una rugosità persino migliore di quella ottenibile attraverso gli acidi usando però un elettrolita: • assolutamente sicuro, • salvaguardante l’ambiente, • particolarmente economico! Cavità superconduttive Con l’uso dell’elettrolita in flusso: si è verificata la possibilità di elettropulire cavità superconduttive con il liquido ionico si è controllata meglio la temperatura è stato possibile riutilizzare il liquido per più processi
    • PROSPETTIVE PER IL FUTURO Liquido ionico Approfondire le conoscenze sul meccanismo di azione dell’elettrolita scelto Indagare l’influenza dell’invecchiamento del liquido Cavità superconduttive Migliorare il controllo delle bolle Studiare la forma del catodo in modo da massimizzare la superficie offrendo la minima resistenza al flusso Affinare il trattamento in due momenti successivi studiando un migliore sistema di schermatura
    • For this and many more thesis, visit the free download area on: http://www.surfacetreatments.it/ http://www.slideshare.net/PalmieriProfEnzo