Im Rahmen des BMBF-geförderten DigiChrom-Projekts erfolgte an der TU Ilmenau die Verteidigung von Andreas Winters Masterprojekt über die Dynamik von Chrom(III)-Komplexen in Elektrolyten. Er kombinierte In-situ-Mikrogravimetrie mit potentiometrischer Titration, um Abscheiderate, Stromausbeute und Komplexverteilung in gealterten Bädern zu quantifizieren. Seine experimentellen Daten validierte er mittels eines Modells, das sowohl kinetische als auch thermodynamische Gleichgewichte abbildet. Die Arbeit erweitert das Know-how industrieller Oberflächenbeschichtungsverfahren und unterstützt energieoptimierte Produktionsstrategien sowie umweltbewusste Verfahren fundiert.
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TU Ilmenau Forscher untersucht galvanische Chromabscheidung in kommerziellen Elektrolyten
Andreas Winter hat im Rahmen seines Masterstipendiums an der TU Ilmenau erfolgreich seine Projektarbeit verteidigt. Diese Arbeit ist Bestandteil des vom BMBF geförderten DigiChrom-Projekts am Fachgebiet ECG Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen. Gemeinsam mit industriellen Partnern wurde die galvanische Chromabscheidung untersucht. Im Mittelpunkt standen die Analyse der Ausbildung von Chrom(III)-Komplexen und deren Umlagerungen in handelsüblichen Elektrolyten unter realen Betriebsbedingungen sowie die Modellierung der relevanten Reaktionsgleichgewichte. Dafür entwickelten sie maßgeschneiderte Messverfahren und validierten diese anschließend.
Altersbedingte Elektrolytbadsimulation liefert hochauflösende Daten zu Depositionsraten und Effizienz
Die In-situ-Mikrogravimetrie diente zur detaillierten Untersuchung der Abscheidegeschwindigkeit und Stromausbeute eines kommerziellen Chrom(III)-Elektrolyten im Verlauf unterschiedlicher Alterungszustände. Verschiedene Badzustände wurden gezielt nachgestellt, um Korrosions- und Alterungsprozesse quantitativ zu erfassen. Durch die permanente Massenmessung an der Elektrode entstanden hochaufgelöste Datensätze zu Depositionsraten und Effizienz. Die Ergebnisse liefern belastbare Erkenntnisse über den Einfluss von Betriebsparametern wie Spannung und Temperatur auf die Schichtbildung. Diese Methodik fördert die gezielte Verbesserung des Effizienz- und Qualitätsmanagements.
Thermodynamische Gleichgewichtssysteme nach experimenteller Titration und Modellierung von Umlagerungsreaktionen
Winter nutzte potentiometrische Titration, um im Chrom(III)-Elektrolyten vorhandene Komplexe zu klassifizieren und ihre Konzentrationen in Abhängigkeit vom Alterungsschwerpunkt zu bestimmen. Anschließend erstellte er ein Modell thermodynamischer Gleichgewichte, das die gemessenen Zusammensetzungen abbildet. Zur Überprüfung setzte er ein computergestütztes Gleichungsnetzwerk ein, in dem kinetische und thermodynamische Parameter integriert sind und die experimentell beobachteten Umlagerungsreaktionen präzise simulieren. Diese Validierung stellt die Zuverlässigkeit der Parameter heraus und ebnet den Weg für industrielle Anwendungen.
Optimierungspotenzial für galvanische Chromabscheidung durch präzise Komplexanalysen und Modellierung
Die Untersuchungen erweitern die Kenntnisse zu thermodynamischen Gleichgewichten und Reaktionskinetiken bei der Bildung von Chrom(III)-Komplexen in handelsüblichen Galvanikbädern. Aufbauend auf präzisen Masseänderungsmessungen und elektrischen Ausbeutedaten lassen sich altersabhängige Effizienzverluste aufschlüsseln und Zellparameter gezielt anpassen. In Kombination mit einem validierten, mehrdimensionalen Modell eröffnen sich Möglichkeiten zur Minimierung des Energieverbrauchs und zur Verbesserung der Zellstabilität, was letztlich zu gleichmäßigeren Schichten und wirtschaftlich optimierten Verfahren in der Beschichtungstechnik führt und steigert Nachhaltigkeit.
Ganzheitliches Modell optimiert Thermodynamik und Kinetik industrieller Galvanotechnik-Prozesse effizienter
In seiner Masterprojektarbeit präsentiert Andreas Winter eine innovative Methodik zur Optimierung galvanischer Chromabscheidung, die experimentelle Messdaten aus In-situ-Mikrogravimetrie und potentiometrischen Titrationen mit einem ausgeklügelten thermodynamisch-kinetischen Modell verknüpft. Die gewonnenen Parameter erlauben eine gezielte Anpassung von Betriebsspannung, Temperatur und Baddesign. Dies führt mittelfristig zu erhöhter Stromausbeute, verbesserter Schichthomogenität sowie wirtschaftlichen Einsparungen und trägt wesentlich zur Reduzierung von Umweltbelastungen in der industriellen Beschichtungstechnik bei. Darüber hinaus eröffnet sie Potenziale für automatisierte Prozesssteuerung.
