Dekorative Chromschichten sind im Alltagsleben omnipräsent, da sie Bauteiloberflächen ein ansprechendes Aussehen verleihen und zugleich Schutz vor Korrosion und Abrieb bieten. Verfahren zur elektrochemischen Abscheidung, welche bereits seit Jahrzehnten bekannt und gut verstanden sind, basieren auf sechswertigen Chromverbindungen. Eine zunehmend strengere Chemikaliengesetzgebung schränkt die Verwendung dieser Stoffe ein und macht eine langfristige Substitution bei industriellen Prozessen notwendig. Elektrolyte auf Basis von dreiwertigen Chromverbindungen haben sich dabei als Alternative erwiesen und drängen zunehmend auf den Markt. Chrom(III)-basierte Elektrolytsysteme sind jedoch bislang kein gleichwertiger Ersatz und zeigen unter anderem Schwächen in Bezug auf Abscheiderate und optisches Erscheinungsbild der Chromschichten. Diese Arbeit soll Beiträge zum Verständnis des Abscheideprozesses und der Schichtbildung aus Chrom(III)-Elektrolyten liefern, um darauf aufbauend Maßnahmen für die Optimierung ableiten zu können. So wurde der Abscheideprozess mittels in-situ Mikrogravimetrie, Messung des oberflächennahen pH-Wertes und Bestimmung des bei der Abscheidung entstehenden Wasserstoffes charakterisiert. Im Ergebnis wurde eine Theorie zum Abscheidemechanismus aufgestellt. Anhand von Farbmessungen, REM- und AFM-Aufnahmen konnte ein Zusammenhang zwischen Schichtmorphologie und Farbwerten der Schichten nachgewiesen werden, welcher anhand von Modellrechnungen bestätigt wurde. Chrom(III)- und Chrom(VI)-Elektrolyte zeigen markante Unterschiede im Schichtwachstum. Aufbauend darauf wurde die Nutzung von Pulsstrom mit niedriger Frequenz als Maßnahme zur Steuerung der Morphologie und damit des Farbtones der Chromschichten identifiziert und erfolgreich angewendet.
Decorative chromium coatings are omnipresent in everyday life as they provide both attractive optical appearance and protection against corrosion and abrasion. Common well-established processes for the electrochemical deposition of chromium are based on hexavalent chromium compounds. However, the use of these substances is progressively restricted by governmental regulations, so that long-term substitutions in industrial processes are necessary. Electrolytes based on trivalent chromium compounds have proven to be a favorable alternative and are gaining ground in the electroplating sector. Despite recent progress in process development, chromium(III)-based electrolytes are not an equivalent substitute so far in terms of deposition rate and optical appearance of the chromium layers. This work contributes to the understanding of the deposition process and the layer formation from chromium(III) electrolytes, serving as a basis for further optimization. The deposition process was characterized by in-situ microgravimetry, measurement of the near-surface pH and determination of the hydrogen produced during deposition. As a result, a theory of the deposition mechanism is provided. By means of color measurements, SEM and AFM, a correlation between surface morphology and color values was found and confirmed by model calculations. Chromium(III) and chromium(VI) electrolytes exhibit distinct differences in layer growth. Based on these findings, low-frequency pulsed current was identified and successfully applied as a measure to control the morphology and, hence, the color of the chromium surface.
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