Corrosion of Copper in oxygen free water Experimental set-up

Transkript

1 Sidan 1 av 13 Experimental set-up Result Cu + H 2 O P Pd Torr/h ~1 Torr/år

2 Sidan 2 av 13 Corrosion of Copper in O 2 free water Reference1 only H 2 O + Cu sealing P Pd Kopparkorrosion i O 2 -fritt vatten Pressure Reference2, H 2 O + Ag-sealing P Pd

3 Sidan 3 av 13 Flow of H 2 trough Pd during pumping Tryck H 2 / mtorr 1,4 1,2 1,,8,6,4 Reference1,2, Tid / h Vad fanns i övre kammaren i Main1? Masspektrometer H 2

4 Sidan 4 av 13 Vad fanns i övre kammaren? Alla tre försöken. % Main1 Reference1 Reference2 2 % 4 Main1 Reference1 Reference2 2 H2 N2 CO2 CH4 O2 H2O Gas specie H2 N2 CO2 CH4 O2 H2O Gas specie Pressure Main1after pumping down

5 Sidan 5 av 13 Pressure Reference1 (only copper sealing) Pressure Reference2 (silver sealing no copper)

6 Sidan 6 av 13 Sammanfattning - tryckexperimenten Trycket ökar i övre kammaren vilket beror på att H 2 diffunderar in. Trycket sjönk under de första timmarna för att sedan öka exponetiellt. Efter ca 35 h avtog ökningstakten kt och efter ca 22 timmar så erhölls ett maximalt tryck på.67 Torr. Trycket ökade även i den övre kammaren när enbart vatten fanns i den undre kammaren. Ökningstakten var lägre och ett maximalt tryck på.47 Torr erhölls efter ca 22 timmar. När kopparpackningen i vacuumförseglingen byttes ut mot en silverpläterad packning erhölls ett maximalt tryck på.23 Torr efter ca 8 timmar. Enbart O 2 -fritt (<1 ppb) H 2 O fanns i nedre kammaren efter kontrollmätning. Efter urpumpning av övre kammaren i 5-6 dagar så ökade trycket igen, dvs vätgas har strömmat in via/från palladiummembranet. Försök pågår. Koppars korrosion i molekylärt syrefritt vatten Varifrån kommer vätgas och korrosionsprodukter? Gasfasen Vätskefasen H 2 O Tryck(tid) Kinetik Masspektrometer Gasfasens sammansättning ICP-MS Vattnets halt av katjoner Fast fas Cu Pd SS glas ERDA Föroreningar inkluderande H XPS Ytans sammansättning ICP-MS Föroreningar på glas och i Cu XRD Fassammansättning om kristallint

7 Sidan 7 av 13 ICP-MS Marcus Korvela Bioanalytical Chemistry Biomedical center Uppsala University Corrosion of Copper in oxygen (O 2 ) free water ICP-MS joner i vattnet ppb Cu

8 Sidan 8 av 13 ICP-MS av vatten efter 3 månaders exponering av koppar Koncentration / ppb Mg Cu Zn Sb Fe Grundämne Summary ICP-MS [Cu n+ ] iho 2 är efter en månad låg, ~ 1.5 ppb Efter 3 månader är concentrationen ~ ppb Övergångsmetallernas koncentration är låg, 1-2 ppb Utom [Zn 2+ ] = 7 12 ppb. Vattnet innehåller mest Si (13 ppb) och andra glasinneållande element (K, Na, Ca, Cl, B) i koncentrationer under 2 ppb. Pd kunde inte detekteras.

9 Sidan 9 av 13 Ion Beam Materials Analysis Analysis of impurities in Cu-Foils (SKB) Presentation of applied methods Summary of obtained results Tandemlaboratoriet Uppsala Universitet Göran Possnert & Daniel Primetzhofer Tandem Laboratory, Uppsala University Accelerator Control Room Ion Sources Target Hall 1 1 m IBA chamber for RBS and ERDA Chamber for NRA 18

10 BILAGA A Sidan 1 av 13 Ion Beam Analytical techniques 19 ERDA results H C O Cu ToF Channel ToF Channel Cu-Electropolished 2 Cu-Hydrogen reduced Energy Channel Energy Channel 9 8 ToF Channel Lower levels of H,C and O in Hudrogen reduced sample Pd Energy Channel

11 Sidan 11 av 13 ERDA results 1 month run H C O Cu ToF Channel ToF Channel Energy Channel ercent concentration, atomic p 1 1 Cu.25HR Cu(63.5) O(16.) C(12.) H(1.) depth, nm rcent concentration, atomic per Energy Channel 1 1 CuA21m H(1.) C(12.) O(16.) Cu(63.5) depth, nm NRA results Influence of hydrogen contamination from sample surface makes quantification very difficult only weak evidence but confirmation that there is not a lot of hydrogen...

12 Sidan 12 av 13 Sammanfattning ERDA NRA Ytkoncentrationen av H i Cu blir lägre efter vätgasreduktion och värmebehandling under UHV. Ytkoncentrationen av H i Cu ökar efter en eller tre månader i rent O 2 -fritt vatten. XPS resultat

13 Sidan 13 av 13 Experiment 4, ej i handskbox Tryck mtorr 3, 2,5 2, 1,5 1, Tryckökning bara vatten (urpumpad),5, : : : : Datum