Seit dem Projektstart im Dezember 2023 hat sich im Verbundvorhaben DigiChrom viel bewegt. Aus den zunächst grundlegenden Arbeiten an gemeinsamen Workflows, Datenstrukturen und ontologischen Begriffen ist eine breite experimentelle Basis entstanden.Labor- und Technikumsversuche liefern nun belastbare Daten, mit denen sich die Zusammenhänge zwischen Prozessführung, Schichtstruktur und Eigenschaften von Hartchromschichten auf Basis von Chrom(III)verbindungen deutlich gezielter untersuchen lassen.
Am Fraunhofer IPA werden dafür Hartchromschichten aus Chrom(III)elektrolyten unter definierten Bedingungen abgeschieden und umfassend charakterisiert. Die Untersuchungen reichen vom Labormaßstab mit zehn Litern Elektrolytvolumen bis hin zum 400-Liter-Technikum und schlagen damit die Brücke zwischen grundlegenden Effekten und industrienäheren Prozessbedingungen. Der aktuelle Versuchsstand umfasst rund 300 Experimente, in denen unter anderem Temperatur, Stromdichte, Elektrolytzusammensetzung, Strommodulation und Wärmebehandlung systematisch variiert wurden.
Dabei zeichnen sich zwei besonders interessante Bereiche ab. Im erweiterten Prozessfenster steigen Härte und Eindringmodul mit höherer Temperatur und geringerer Stromdichte an; gleichzeitig verbessert eine reduzierte Rissbildung die tribologischen Eigenschaften. Als vorteilhaft erwies sich ein Bereich um 60 °C und 60 A/dm2. Bei hohen Stromdichten und niedrigen Temperaturen zeigt sich dagegen ein sprunghafter Härteanstieg, der vermutlich mit einem Wechsel der Kristallstruktur von röntgenamorph zu kristallin zusammenhängt. Diese Schichten sind jedoch zugleich rauer und erscheinen matter.
Auch die Wärmebehandlung macht deutlich, wie vielschichtig die Optimierung ist. Temperaturen oberhalb von etwa 150 °C erhöhen die Härte der Schicht, während ab rund 270 °C ein struktureller Übergang sichtbar wird. Gleichzeitig zeigt sich, dass hohe Härte allein keine Garantie für bessere Abriebbeständigkeit ist. Für die Entwicklung leistungsfähiger chrom(III)basierter Hartchromschichten müssen daher mehrere Zielgrößen gemeinsam betrachtet werden.
Ein weiterer Baustein ist die automatisierte Auswertung von Oberflächenbildern. Die Hochschule Offenburg hat zu diesem Zweck ein Tool zur Risszählung entwickelt, das derzeit validiert wird und künftig eine objektivere Bewertung der Schichtmorphologie unterstützen soll.
Die experimentellen Ergebnisse fließen außerdem in einen Plating Assistant ein. Dieses interaktive Dashboard macht Prozessdaten nutzbar und setzt Methoden wie Random Forest und Gradient Boosting ein, um Schichteigenschaften aus Prozessparametern abzuleiten und zentrale Einflussgrößen sichtbar zu machen. Erste Validierungen sind für die Schichtdicke vielversprechend. Härte und Abriebbeständigkeit bleiben aufgrund von Strukturänderungen, Randbereichen und komplexen Wechselwirkungen anspruchsvoller, liefern aber gerade dadurch wertvolle Ansatzpunkte für die weitere Modellierung.
Einen Ausblick auf die weiteren Arbeiten gibt das DigiChrom-Konsortium auf den ZVO-Oberflächentagen 2026 in Karlsruhe. Am Donnerstag, 17. September, stellen sechs Projektpartner in den Vortragssessions Digitalisierung in der Oberflächentechnik I und II aktuelle Ergebnisse aus dem Verbundvorhaben vor. Der Beitrag um 10:50 Uhr mit dem Titel Ontologie-basierte Schichtentwicklung in der Galvanotechnik: Fallbeispiel Hartchrom zeigt, wie Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen mithilfe einer ontologischen Struktur systematisch beschrieben werden können.
Text zum Titelbild: Workflow zur Schichtcharakterisierung: Zusammenführung heterogener Prozess-, Mess- und Bilddaten in einer zentralen Datenstruktur (Bild: Fraunhofer IPA)
