Im DigiChrom-Projekt an der TU Ilmenau untersuchte Masterstipendiat Andreas Winter die Alterungsprozesse und Komplexbildungsmechanismen von Chrom(III)-Elektrolyten. Durch die Kombination von In-situ-Mikrogravimetrie und potentiometrischer Titration ermittelte er Abscheidekinetik, Stromausbeute und Konzentrationsprofile verschiedener Chromkomplexe. Er erstellte ein umfassendes Modell, das dynamische Umlagerungsreaktionen und thermodynamische Gleichgewichte abbildet. Die gewonnenen Erkenntnisse bieten fundierte Grundlagen zur Steigerung von Prozessstabilität, Energieeffizienz und Schichtqualität in der industriellen Galvanotechnik. Sie leisten einen Beitrag zur Reduktion von Abfällen signifikant.
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DigiChrom Projekt erhöht Verständnis von galvanischen Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in Elektrolyten
Die Projektarbeit von Andreas Winter, Masterstipendiat im Studiengang Elektrochemie und Galvanotechnik an der TU Ilmenau, wurde erfolgreich verteidigt. Sie ist Teil des BMBF-geförderten Forschungsvorhabens DigiChrom, in dem das Fachgebiet ECG Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen gemeinsam mit Partnerunternehmen die elektrochemische Chromabscheidung erforscht. Untersucht wurden dabei Komplexbildungs- und Umlagerungsvorgänge von Chrom(III)-Verbindungen in gewerblich genutzten Elektrolyten unter realitätsnahen Betriebsbedingungen zur Verbesserung industrieller Prozesse. Hierbei wurden qualitative und quantitative Analysen durchgeführt: In-situ-Mikrogravimetrie, potentiometrische Titration und computergestützte Modellierung.
Simulierte Badalterung erlaubt präzise Quantifizierung von Abscheidegeschwindigkeit und Ausbeute
Durch In-situ-Mikrogravimetrie wurde die Abscheidegeschwindigkeit und Stromausbeute eines industriellen Chrom(III)-Elektrolyten in Abhängigkeit von dessen Alterung genau quantifiziert. Unterschiedliche Badzustände wurden erzeugt, um Alterungs- und Korrosionsprozesse klar zu separieren. Die kontinuierliche Aufzeichnung der Massenveränderungen an der Elektrode lieferte hochauflösende Informationen zu Depositionsraten und Effizienz. Damit lassen sich operative Parameter wie Spannung oder Temperatur optimal anpassen, um langfristig Energieeinsatz und Schichtqualität in Galvanikprozessen zu verbessern. Die Daten unterstützen effizientes, nachhaltiges industrielle Prozessdesign.
Quantitative Analyse von Chrom(III)-Komplexen mittels potentiometrischer Titration und Modellabgleich
Winter führte potentiometrische Titrationen durch, um systematisch die Verteilungskoeffizienten verschiedener Chrom(III)-Komplexe in Abhängigkeit vom Elektrolytalter zu bestimmen. Mit diesen Konzentrationsprofilen etablierte er ein thermodynamisches Gleichgewichtssystem, das die Stabilitäten der Komplexformen quantifiziert. Im letzten Schritt validierte er die experimentellen Werte mit einem mathematischen Modell, das kinetische und thermodynamische Aspekte kombiniert, wodurch die beobachteten Umlagerungsreaktionen verifiziert und das Verständnis der Prozessdynamik im Elektrolyten vertieft wurde. Die Ergebnisse unterstützen gezielte industrielle Prozessoptimierungen effizient.
Höhere Schichtqualität dank verbesserter Thermodynamik und Kinetikanalyse von Komplexen
Die Ergebnisse liefern belastbare thermodynamische und kinetische Parameter für die Chrom(III)-Komplexbildung in Elektrolyten und schaffen damit eine datenbasierte Grundlage für die Automatisierung galvanischer Prozesse. Auf Basis dieses Know-hows lassen sich Betriebsbedingungen adaptiv regeln, um Überkorrosion zu vermeiden, den Energiebedarf zu minimieren und die Schichthaftung zu erhöhen. Die integrative Methodik aus Echtzeit-Analytik und rechnergestützter Simulation ermöglicht zudem prädiktive Wartungsstrategien und optimiert Wartungsintervalle in der industriellen Beschichtungstechnik bei gleichzeitiger Kostenreduktion und Ausfallzeitsenkung.
In-situ-Mikrogravimetrie ermöglicht genaue Überwachung und Steuerung von Abscheideraten industriell
Die Arbeit von Andreas Winter kombiniert hochauflösende In-situ-Mikrogravimetrie und potentiometrische Titration, um die Zusammensetzung und Umlagerungsdynamik von Chrom(III)-Komplexen in Elektrolyten präzise zu erfassen. Auf Basis der experimentellen Befunde entwickelte er ein thermo-kinetisches Modell, das sowohl Gleichgewichte als auch Umschlagsreaktionen präzise abbildet. Hersteller können mithilfe der Modellparameter Prozessbedingungen proaktiv anpassen, wodurch Abscheideraten optimiert, Energieverbrauch gesenkt und die Produktqualität langfristig verbessert werden. So lassen sich kostspielige Wartungszyklen verlängern und nachhaltige Fertigungskonzepte realisieren.
