Analysis of activation and deterioration mechanism of Ti-Zr-V NEG coating by XPS

X線光電子分光を用いたTi-Zr-V NEGコーティングの活性化および劣化機構の分析

神谷 潤一郎   ; 阿部 一英; 小畠 雅明  ; 津田 泰孝   ; 福田 竜生  ; 藤森 伸一   ; 諸橋 裕子 ; 山田 逸平 ; 吉越 章隆 

Kamiya, Junichiro; Abe, Kazuhide; Kobata, Masaaki; Tsuda, Yasutaka; Fukuda, Tatsuo; Fujimori, Shinichi; Morohashi, Yuko; Yamada, Ippei; Yoshigoe, Akitaka

NEGコーティングはビームダクト内面にゲッター機能を持たせることで、ビームラインの真空性能を向上し、加速器の安定運転に直結する技術である。NEGコーティングの活性化と劣化のメカニズムをより詳細に理解するため、X線光電子分光(XPS)による測定を行った。NEGコーティングした基板サンプルをSPring-8のBL23SUの表面科学ステーションに設置し、試料温度を250Cに昇温しながら試料表面のXPS測定を行い、活性化プロセスをin-situで観測した。その後、試料温度を250Cに保ったまま、酸素ガスを導入し、加速劣化試験に相当するXPS測定を行った。さらに、アルゴンエッチングによる試料の深さ方向の成分分析を実施した。その結果、表面Zrは活性化の初期段階でTi酸化物やV酸化物から酸素を取り込み、連続的な温度上昇でZr酸化物の酸素がバルクに拡散することがわかった。またコーティング中の濃縮された酸素は、主にZr酸化物、続いてTi酸化物の形で存在することが明らかとなった。このことは、今後のNEGコーティングの性能高度化につながる新しい事実である。

Sequence measurements with XPS have been performed to understand more detail about the activation and deterioration mechanism. The sample of a titanium plate with Ti-Zr-V coating of 1 um thickness was prepared. The sample was set in the surface science station in the BL23SU of SPring-8. At first, the XPS measurements for the sample surface were performed during the sample temperature was raised to 250C. After that, the XPS was subsequently performed during the injection of oxygen gas into the chamber while keeping the sample temperature at 250C, which corresponds to the accelerated deterioration test. After that, the depth profile of the sample was measured with another XPS apparatus with an X-ray tube by argon etching. The result showed that the surface Zr gets the oxygen from Ti oxide and V oxide at the first stage of the activation and the oxygen of the Zr oxide would diffuse to the bulk in the continuous temperature rise. It was revealed that the concentrated oxygen in the coating exists in the forms of mainly Zr oxide and Ti oxide in the second place.