Simulierte Schichten

Technik

Die Simulationssoftware Comsol Multiphysics wurde um das Modul Electrodeposition erweitert, mit dem man die Modellierung und Simulation von Galvanisierungsprozessen durchführen kann.

18. August 2011

Typische Beispiele sind die Kupfer- und Goldgalvanisierung in der Elektronikindustrie, Beschichtungen mechanischer Bauteile für Verschleiß- und Korrosionsschutz, dekorative Beschichtungen wie Chrom- und Nickelbeschichtung sowie die Galvanoformung dünner und komplex hergestellter Bauteile. »Mit diesem Werkzeug können Entwickler realistische Simulationsläufe galvanotechnischer Prozesse vom Mikrobereich bis hin zu großtechnischen Anlagen durchführen und dabei auf exakt für diese Anwendung zugeschnittene Eingabemasken zugreifen«, erklärt Dr. Henrik Ekstrom, Technical Program Manager für elektrochemische Anwendungen bei Comsol.

Mit dem Electrodeposition-Modul können realistische Simulationen für die Untersuchung des Einflusses von Zellen- und Elektrodengeometrie, chemischer Verfahrenstechnik, Materialkennwerte und Betriebsbedingungen durchgeführt werden.

Form und Beschaffenheit der aufgetragenen Metallschicht werden bei sehr dünnen Schichten mit einer Variablen für die Schichtdicke und bei dickeren Schichten als bewegliche Ränder modelliert.

»Um Comsol erfolgreich einzusetzen, muss man kein Modellierungsexperte sein«, erläutert Dr. Philippe Gendre, Leiter F+E des Galvanotechnik-Unternehmens PEM in Siaugues, Frankreich. »Durch Comsol haben wir oft eine Metalleinsparung von 10 bis 30 Prozent bei der Elektrolyse erzielt. Mit dem neuen Electrodeposition-Modul ist der Modellaufbau eines galvanotechnischen Prozesses sehr einfach. Das Modul umfasst sämtliche physikalischen Effekte der Galvanotechnik in einem einzigen Anwender-Interface, darunter leitende Medien für den elektrischen Strom, Navier-Strokes-Beschreibungen für die elektrolytische Strömung und elektrokinetische Strömung für die Transportsimulation der Spezies.«

Zugeschnittene Eingabemasken und Modellbibliothek

Das neue Modul bietet Anwendungsmodi für primäre, sekundäre und tertiäre Stromdichteverteilungsmodelle, ferner laminare Strömungs- und Wärmeübertragungsmodi, darunter vordefinierte Kopplungen für elektrochemische Zellen. Weitere Möglichkeiten zur Beschreibung turbulenter und Zweiphasenströmung sind in Kombination mit Comsols CFD-Modul gegeben.

Alle Funktionen sind als vordefinierte Optionen in der Benutzeroberfläche und in Kombination mit jedem anderen Comsol-Zusatzprodukt verfügbar. Das Electrodeposition-Modul verfügt über eine Modellbibliothek, die Übungen und Benchmark-Modelle enthält und den Arbeitsablauf und die Leistungsfähigkeiten verdeutlicht.

Einige Highlights des Electrodeposition Moduls:

-Arbeiten mit der tatsächlichen CAD-Geometrie und führenden CAD-Formaten

-Multiple Reaktionstypen unter Verwendung vollständiger Elektrodenkinetik-Ausdrücke für den Ladungstransport zur Abschätzung der Beschaffenheit unterschiedlicher Metallbeschichtungen und der abgegebenen Wasserstoffmenge

-Stromlose Abscheidung: Gemischte Berechnungen von Elektrodenpotenzial und Stromdichte bei null Nettostrom

- Berechnungen von Form und Beschaffenheit unter Verwendung des Faradayschen Gesetzes und der Stoffbilanzen für die Beschichtung oder das abgelöste Metall an der Elektrodenoberfläche

-Bewegliche Ränder mit automatischer Neuvernetzung für starke Veränderungen der Kathoden- und Anodenform

-Stoffbilanzen im Elektrolyten, darunter Transport durch Diffusion, Migration, Konvektion und homogene Elektrolytreaktionen

-Oberflächenchemie der Adsorptionsspezies

-Ladungsausgleich unter Verwendung von Elektroneutralität oder der Poisson-Gleichung

-Strom- und Potenzialverteilung im Elektrolyten, an der Elektrodenoberfläche und in den Elektroden innerhalb der Zelle

-Strömung und Wärmeübertragung gekoppelt mit Ionen-Transport, elektrische Leitung in der Elektrode und Ladungsübertragungsreaktionen an der Elektrode

Erschienen in Ausgabe: 04/2011