Die Masterprojektarbeit von Andreas Winter an der TU Ilmenau, gefördert durch das BMBF-Projekt DigiChrom, befasste sich mit der Untersuchung von Chrom(III)-Komplexen in kommerziellen Elektrolyten unter realen Betriebsbedingungen. Mithilfe hochauflösender In-situ-Mikrogravimetrie erfasste er kontinuierlich Massenzunahmen bei der Abscheidung und berechnete daraus Stromausbeuten verschiedener Badalter. Mittels potentiometrischer Titration analysierte er individuelle Komplexverteilungen. Eine darauf basierende Modellvalidierung integrierte thermodynamische und kinetische Parameter. Die Erkenntnisse optimieren industrielle Galvanikprozesse nachhaltig in Bezug auf Effizienz deutlich.
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Masterstipendiat analysiert Chrom(III)-Komplexbildung sowie Umlagerungen unter realen Betriebsbedingungen quantitativ
Im Rahmen seiner Masterstudie an der Technischen Universität Ilmenau verteidigte Andreas Winter seine Projektarbeit über galvanische Chromabscheidung erfolgreich. Diese Forschung gehört zum vom BMBF geförderten DigiChrom-Vorhaben des Fachgebiets ECG Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen. Gemeinsam mit industriellen Partnern wurde das komplexe Zusammenspiel von Chrom(III)-Komplexbildung und Umlagerungen in kommerziellen Elektrolyten unter realitätsnahen Betriebsbedingungen analysiert. Ein besonderer Fokus lag auf der Erfassung thermodynamischer Gleichgewichte und kinetischer Prozesse mittels innovativer Messmethodik und lieferte Daten für industrielle Parameterbewertungen.
Mikrogravimetrische Überwachung dokumentiert Abscheideraten und Effizienz unter variierenden Parametern
Mittels In-situ-Mikrogravimetrie hat Winter systematisch Abscheidegeschwindigkeit und Stromausbeute eines standardisierten Chrom(III)-Elektrolyten über definierte Alterungszyklen hinweg analysiert. Hierfür wurden gezielt verschiedene Badzustände erzeugt, um Korrosions- und Alterungseffekte zu differenzieren. Die kontinuierliche Messung der Massenänderung an der Elektrode lieferte exakte Depositionsraten und Effizienzdaten. Diese Erkenntnisse ermöglichen eine präzise Bewertung des Einflusses von Betriebsspannung, Temperatur und Badalter auf die Galvanikatmosphäre und helfen, Prozessparameter gezielt zu optimieren. Dies steigert deutlich Energieeffizienz, Prozessstabilität und Beschichtungsqualität.
Kinetisch-thermodynamische Parameter validiert durch Modellierung experimenteller Titrationsdaten im Elektrolyten
Durch präzise potentiometrische Titration identifizierte Winter alle relevanten Chrom(III)-Komplexe und quantifizierte deren Konzentration in unterschiedlichen Badzyklen. Er leitete daraus ein kohärentes System thermodynamischer Gleichgewichte ab, das die Wechselwirkungen zwischen Spezies darstellt. Danach validierte er die experimentellen Ergebnisse durch Abgleich mit einem numerischen Modell, das sowohl die Reaktionskinetik als auch die Gleichgewichtsparameter berücksichtigt und dadurch die beobachteten Umlagerungsdynamiken im Elektrolyten akkurat reproduziert. Diese Methodenkombination liefert essentielle Daten für die Optimierung Beschichtungsverfahren.
Experimente und Modellierung steigern die Energieeffizienz galvanischer Chromabscheidung maßgeblich
Die Kombination von in-situ Mikrogravimetrie und potentiometrischer Titration sowie die Modellkalibrierung erweitert das Wissen zu Gleichgewichtskonstanten und Reaktionsgeschwindigkeiten bei Chrom(III)-Komplexen in Elektrolyten. Diese umfassenden Daten ermöglichen eine gezielte Optimierung von Prozessparametern, reduzieren Überpotentiale und steigern die Stromausbeute, wodurch sich der Energieverbrauch signifikant senken lässt. Die gewonnenen Erkenntnisse tragen dazu bei, die Schichthomogenität zu verbessern und robuste, langzeitstabile Elektrolytsysteme für industrielle Galvanikverfahren zu entwickeln, unter Berücksichtigung umweltrelevanter Anforderungen und erhöhter Prozesssicherheit.
Analytische Ergebnisse ebnen Weg zu umweltfreundlicheren Chrombeschichtungsanlagen in Industrieanwendungen
Durch die Kombination umfassender experimenteller Untersuchungen und einer präzisen Modellierung erweitert Andreas Winters Masterprojektarbeit das Verständnis der Chrom(III)-Komplexdynamik in elektrolytischen Systemen und schafft damit die Grundlage für nachhaltigere Beschichtungsverfahren. Die Ergebnisse erlauben eine gezielte Reduzierung des Energieverbrauchs und minimieren den Einsatz toxischer Hilfsstoffe. Langfristig profitieren Hersteller von geringeren Emissionen, optimierter Ressourcennutzung und einer verbesserten Prozessstabilität, was die ökologische Bilanz galvanischer Prozesse signifikant verbessert. Die adaptive Prozesssteuerung verbessert zudem industrielle Fertigungsabläufe.
