Standard EP recipe at KEK
T. Saeki
KEK
Hot topics session
SRF2011
25 – 29 July 2011, Chicago
EP facility at STF/KEK
D:\home\写真\ILC\Sawabe-san\EP-facility\IMG_0522.JPG
EP bed
9-cell cavity
Automatic
OperationConsole
2nd floor
C:\Users\motoaki sawabe\Pictures\電解研磨設備\IMG_2043.JPG
1st floor
EP solutionreservoir tank
New EP facility at KEK was constructed in 2008,instead of old Nomura EP facility, which wasclosed in the summer of 2009.
C:\Documents and Settings\tsaeki\デスクトップ\JLab-visit\Report\Saito-lecture.tif
We had been keeping the KEK recipe established by Kenji SAITO in TRISTAN age.
Current density = 50 mA/cm2
The KEK recipe by Kenji SAITO from TRISTAN age. Current density = 50 mA/cm2
Slide from Lecture @ Nagoya Univ. by K. Saito
D:\home\Doc\KEK\01-ILC\07-Conferences\2011\SRF2011Chicago\Presentations\Saeki\HotTopics\Temp-SaitoLecture.tif
Slide from Lecture @ Nagoya Univ. by K. Saito
Difference between Jlab and KEKNovember 2009
JLab
KEK
EP Acid Tank
270L (Tank Capacity)
230L (EP acid volume)
2000L (Tank capacity)
1000L (EP acid volume)
EP Acid Flow Rate
510L/min.
Over flow pipes  15mmφ
1020L/min.
Over flow pipes 25mmφ
EP  and  Water Rinsing
Atmosphere
Nitrogen
During EP: 12L/min.
During Rinsing: 13 20L/min.
Air
EP Acid Temp.
16 ~ 26 0C EP acid (Returnpipe)
2134 0C Outside cavity
17320C EP acid (Center ofCell)
2850 0C Outside cavity
EP Voltage and Current
14 – 17 V
Current density =
20 – 30 mA/cm2
1921V
Current density  =
50 mA/cm2
Related to nice results of JLab? => Now, EP current density (Final EP) = 30 – 40 mA/cm2 at KEK
Yield rate for ILC threshold of VT (35 MV/m): 50% for recent 6 MHI cavities (1 bad cavity with only 1st VT).
EP2 (finial 20um) Recipe at KEK
Flow rate of EP electrolyte15L/min.Current density30 - 40mA/cm2 (Current ~200A), Voltage=15-22 VCavity rotation speed1rpmCooling: Air cooling (Outer surface of cavity<350C)
After EP voltage turned off (V=0).EP electrolyte rinse with cavity rotation: 3rpm. 20min.Draining of EP electrolyte
Vertical position: 5min. Horizontal position: 2min. Vertical position: 2min.
(Purging with N2 gas
UPW filling and draining (rinse)UPW+PW(flow rate : 25-27 L/min) with vibrator
Water should reach the top of cavity for 20min.Additional PW running rinse reaching top of cavity (20L/min) with vibratorSub-total, 60min.PW Filling 10min. Draining 3min.Repeat for 30min.Total 90min.
Disassembly of setup and low pressure UPW rinseFlange and HOM cap/antenna, beam-pipes: Brushing with 2% FM-20 detergentDetergent rinse of cavity with 2% FM-20 at 50 0C (60 min.)Disassembly and low pressure UPW rinse and HPR
EP1(bulk 100um) recipe at KEK
Flow rate of EP electrolyte15L/min.Current density45 - 50mA/cm2, Voltage=18-22 VCavity rotation1rpmCooling Air cooling
After V=0EP electrolyte rinse with cavity rotation: 3rpm. 20min.Draining of EP electrolyteVertical position 5min. Horizontal position 2min.  Vertical position 2min.
(Purging with N2 gas)
UPW Filling 10min.     Draining 3min.Repeat for 60min.Disassembly and low pressure UPW rinse
Detergent rinse2%FM-20 at 50 0C for 60min.Disassembly of setup and HPR SettingHPR
D:\home\Doc\KEK\01-ILC\07-Conferences\2011\SRF2011Chicago\Presentations\Saeki\HotTopics\30~40電流密度と電圧.jpg
EP parameters at KEK (June 2010 – July 2011)
Final EP (~20 um) for 9-cell cavities
Current density = 30 – 40 mA/cm2
T of acid inside cavity= 23 – 31 0C
Voltage = 15 – 22 V
Nb concentration (g/L)
D:\home\Doc\KEK\01-ILC\07-Conferences\2011\SRF2011Chicago\Presentations\Saeki\HotTopics\45~50電流密度と電圧.jpg
EP parameters at KEK (June 2010 – July 2011)
Bulk EP (~100 um) for 9-cell cavities
Current density = 45 – 50 mA/cm2
T of acid inside cavity= 30 – 40 0C
Voltage = 18 – 22 V
Nb concentration (g/L)
Experiment by Saclay
Nb sample anode
Moving shaft
Aluminum plate coveredby Teflon tape
EP acid
Bolt to connect shaft and Al plate
Bolt to connect Nb sample and Al plate
EP with Nb sample in laboratory
Labo-EP setup at KEK
D:\home\写真\ILC\ILC2009\20090811Nomura\DSC08122.JPG
Aluminumcathode
Reduction Reactions at the Cathode
Reduction of H+: 2 H+ + 2 e- → H2  (Predominant)
Reduction of  SO42-: SO42- + 8H+ + 6e- → S + 4H2O
Does a cathodic overpotential lead to an increasedsulfur generation?
Two Niobium samples electro-polished at 5V and 20V for a similarheavy removal with 1-9-1 (HF-H2SO4-H2O) Mixture
Sample A, 20 Volts:
 9.18g removed
51 hours EP
Sample B, 5 Volts:
9.11g removed
 115 hours EP
= Theoretical way to reduce Sulfur Contamination (investigation ongoing)
P1030459
TEST OF LOW VOLTAGE EP (5V) AT SACLAY TO REDUCE SULFURCONTAMINATION
Experiment at Saclay
Slide by F. Eozenou
TEST OF LOW VOLTAGE EP (5V) TO REDUCE SULFURCONTAMINATION
SULFUR FOUND IN THE EP MIXTURE (200mL) AFTERTREATMENTS OF SAMPLES A AND B.
SULFUR EXTRACTED WITH CHLOROFORM:
Sample
A (20 V)
B (5V)
1st Rinse
4.5mg
2.6-2.7mg
2d Rinse
1.2-1.3mg
0.9-1.2mg
Experiment at Saclay
Slide by F. Eozenou
Backup slidesif we have time
Rinse Effect to RemoveSulfur precipitation/contamination
 
U.P.W.ultrasonic rinse
Ethanolrinse(vibration)
Ethanolultrasonicrinse
Detergent
FM-550
2 %
Detergent
FM-550
5 %
Detergent
FM-550
10 %
Detergent
FM-550
20 %
CleaningResult
×
C:\Users\motoaki sawabe\Pictures\20090128Gas Bagのイオウ\実験No.5(アルコールリンス)\エタノール・超音波洗浄後(2)Small.jpg
C:\Users\motoaki sawabe\Pictures\20090128Gas Bagのイオウ\実験No.5(アルコールリンス)\⑤前(8)Small.jpg
Before rinse
After rinse
C:\Users\motoaki sawabe\Pictures\20090128Gas Bagのイオウ\実験No.1(超音波洗浄)\090130実験前(1)Small.jpg
C:\Users\motoaki sawabe\Pictures\20090128Gas Bagのイオウ\実験No.1(超音波洗浄)\090203実験後(4)Small.jpg
Many whitedots are sulfurcontamination
Ethanol ultrasonic rinse
FM-550 (>10%) rinse
C:\Users\motoaki sawabe\Pictures\20090128Gas Bagのイオウ\実験No.4(脱脂剤。濃度変化)\④洗浄後(10)Small.jpg
C:\Users\motoaki sawabe\Pictures\20090128Gas Bagのイオウ\実験No.1(超音波洗浄)\090203実験後(11)Small.jpg
Sulfur removed
Sulfur removed
U.P.W. ultrasonic rinse
Teflon texture
10
Results of rinse effect tests
Test of FM-20 (LION detergent) and 10% H2O2
Test of Ethanol and FM-550 (LION detergent)
 
U.P.W.ultrasonic rinse
Ethanol
vibration
rinse
Ethanolultrasonicrinse
Detergent
FM-550
2 %
Detergent
FM-550
5 %
Detergent
FM-550
10 %
Detergent
FM-550
20 %
CleaningResult
×
 
Detergent
FM-20
2 %
Detergent
FM-20
5 %
Detergent
FM-20
10 %
10% H2O2
Cleaning Result
×or
11
JLab Nb sample with artificial pits
D:\home\Doc\KEK\ILC\S0study\KEK-CavitySurfaceStudy\Materials\LaserMicroScope\2008SepToOct-JLabPitSamples\JLab-Nb-sample1-w-pits\Nb-sample-w-pit-CP31um\50times-pit3.jpg
BCP (30um)
D:\home\Doc\KEK\ILC\S0study\KEK-CavitySurfaceStudy\Materials\LaserMicroScope\2008SepToOct-JLabPitSamples\JLab-Nb-sample1-w-pits\Nb-sample-w-pit-EP30um\50times-pit3.jpg
EP (30um)
D:\home\Doc\KEK\ILC\S0study\KEK-CavitySurfaceStudy\Materials\LaserMicroScope\2008SepToOct-JLabPitSamples\JLab-Nb-sample1-w-pits\Nb-sample-w-pit-EP60um\50times-pit3.jpg
EP (60um)
D:\home\Doc\KEK\ILC\S0study\KEK-CavitySurfaceStudy\Materials\LaserMicroScope\2008SepToOct-JLabPitSamples\JLab-Nb-sample1-w-pits\Nb-sample-w-pit-EP90um\50times-pit3-2.jpg
EP (90um)
D:\home\Doc\KEK\ILC\S0study\KEK-CavitySurfaceStudy\Materials\LaserMicroScope\2008SepToOct-JLabPitSamples\JLab-Nb-sample1-w-pits\Nb-sample-w-pit-EP120um\50times-pit3.jpg
D:\home\Doc\KEK\ILC\S0study\KEK-CavitySurfaceStudy\Materials\LaserMicroScope\2008SepToOct-JLabPitSamples\JLab-Nb-sample1-w-pits\Nb-sample-w-pits-AsRecvd\50times-pit3.jpg
As received
Pit3
EP (120um)
After BCP(30um)+EP(120um), still the edge of pit is sharp!
Large steps at grain-boundaries after BCP.
40 um
9
Nb sample anode
Moving shaft
Aluminum plate coveredby Teflon tape
EP acid
Bolt to connect shaft and Al plate
Bolt to connect Nb sample and Al plate
EP with Nb sample in laboratory
Labo-EP setup at KEK
D:\home\写真\ILC\ILC2009\20090811Nomura\DSC08122.JPG
Aluminumcathode