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2006
Book Article
Titel
Modellierung und Simulation elektrochemischer Beschichtungsprozesse im produktionstechnischen Umfeld
Abstract
Der maßgeschneiderte, funktionsgerechte elektrochemische Beschichtungsprozess wird immer komplexer. Die hierzu eingesetzten Verfahren erfordern eine hohe Prozessbeherrschung und müssen immer stärker an die produktionstechnische Umgebung angepasst bzw. in die Produktionsabläufe integriert werden. In diesem Zusammenhang müssen folgende Aspekte besonders beachtet werden: 1. Gesicherte Qualität der Beschichtung im Bezug auf ihre funktionalen Anforderungen. 2. Optimierung der Prozessbedingungen und -führung (z.B. optimierte Zellengeometrie und Hydrodynamik. 3. An den Beschichtungsprozess angepasste Gestaltung der vor- und nachgelagerten Fertigungsschritte. 4. Optimale Integration des Beschichtungsprozesses in die Produktionsumgebung. In den meisten Anwendungen wird die Qualität einer Beschichtung über die Schichtdickenverteilung auf dem Werkstück bewertet. Einer den komplexen Anforderungen der Beschichtung gerecht werdende Betrachtung der Schichtqualität beinhaltet außerdem weitere Bewertungskriterien, die die Funktion der Schicht in der Zielanwendung wiedergeben (z.B. Einfluss der Rissbildung auf den Korrosionsschutz). Die Phänomene, die die Schichtentstehung im Wesentlichen bestimmen, sind neben den allgemeinen Prozessparameter (Elektrolytstreufähigkeit, Stromstärke, etc.) die Prozessdynamik, die Schichtmorphologie (Kristallwachstum, Keimbildung), der Stofftransport und die Hydrodynamik sowie die Geometrie (Beschichtungszellen, Werkstück). Eine adäquate Berücksichtigung der genannten Phänomene ist für die sichere, effiziente und wirtschaftliche Umsetzung von Beschichtungsprozessen von entscheidender Bedeutung. Dabei stellt sich die Frage nach einer umfassenden computergestützten Simulation zum Engineering. Im Forschungsvorhaben wurde der Ansatz verfolgt, die Bildung typischer Schichtmorphologien als Funktion des lokalen Schichtpotenzials bzw. der Stromdichte zum Bestandteil eines ganzheitlichen Simulationsszenarios zu betrachten und für die praktische Nutzung einzusetzen. Im Modellierungsansatz wurde ein gleichungsbasiertes Grundmodell mit einem experimentell gestützten phänomenologischen Modell für die Schichtmorphologie überlagert. Die vorgeschlagene Methodik ist mit Hilfe von kommerziellen Solver für FEM bzw. BEM Problemstellungen umsetzbar.