Habilitations/ doctoral thesis/ trade press

2021

  • Jahrbuch Oberflächentechnik Band 77 (2021): David Glück, Mathias Fritz, Indira Käpplinger, Andreas Bund, "Nickel-Ti3SiC2-Dispersionsbeschictungen", Eugen G. Leuze Verlag KG, Bad Saulgau, ISBN 978-3-87480-369-4, pp. 117-125

2019

  • DGM-dIALOG Vol 3(2019) S16-21
    "Elektrochemische Oberflächentechnik"
    R. Böttcher, A. Endrikat, T. Engemann, M. Fritz, V. Gruia, S. Hesamedini, A. Ispas, M. Leimbach, U. Schmidt, R. Sottor und A. Bund

Publications of the "Electrochemistry and Electroplating" group

Results: 567
Created on: Tue, 07 Feb 2023 23:02:16 +0100 in 0.0497 sec


Link, Steffen; Dimitrova, Anna; Krischok, Stefan; Ivanov, Svetlozar
Electrochemical deposition of silicon in organic electrolytes. - In: Reference module in chemistry, molecular sciences and chemical engineering, (2023)

Electrodeposition is a versatile instrumental technique, already applied in many industrial fields. However, the deposition of silicon and other reactive elements is still challenging and requires further research and improvement. Accomplishing an efficient electrodeposition of silicon at room temperature is very attractive due to the high number of manufacturing technologies that would benefit from this approach. This work provides an overview of the electrochemical approaches for silicon deposition performed in organic electrolytes. The main factors that impact this process are individually discussed and exemplified with appropriately updated literature sources. Furthermore, the previously available research on characterization of electrodeposited silicon containing layers is provided. These studies are presented in the context of better understanding the structure, composition, and functional properties of the deposited silicon material, which may attract the attention of young academic scientists and process engineers.



https://doi.org/10.1016/B978-0-323-85669-0.00005-2
Böttcher, René; Bund, Andreas; Ispas, Adriana
Abscheidung von Aluminiumlegierungen aus ionischen Flüssigkeiten. - In: Galvanotechnik, ISSN 0016-4232, Bd. 113 (2022), 10, S. 1299-1304

Umweltfreundliche Schichten aus Aluminiumlegierungen werden gegenüber Schichten aus bedenklichen Metallen wie Cadmium zunehmend interessanter. Allerdings können sie mittels galvanischer Verfahren nur aus aprotischen Elektrolyten, wie ionischen Flüssigkeiten, abgeschieden werden. Um eine hohe Prozessstabilität zu erzielen, können Multianoden eingesetzt werden.



Gambaro, Sofia; Nascimento, M. Lucia; Shekargoftar, Masoud; Ravanbakhsh, Samira; Sales, Vinicius; Paternoster, Carlo; Bartosch, Marco; Witte, Frank; Mantovani, Diego
Characterization of a magnesium fluoride conversion coating on Mg-2Y-1Mn-1Zn screws for biomedical applications. - In: Materials, ISSN 1996-1944, Bd. 15 (2022), 22, 8245, S. 1-18

MgF2-coated screws made of a Mg-2Y-1Mn-1Zn alloy, called NOVAMag® fixation screws (biotrics bioimplants AG), were tested in vitro for potential applications as biodegradable implants, and showed a controlled corrosion rate compared to non-coated screws. While previous studies regarding coated Mg-alloys have been carried out on flat sample surfaces, the present work focused on functional materials and final biomedical products. The substrates under study had a complex 3D geometry and a nearly cylindrical-shaped shaft. The corrosion rate of the samples was investigated using an electrochemical setup, especially adjusted to evaluate these types of samples, and thus, helped to improve an already patented coating process. A MgF2/MgO coating in the µm-range was characterized for the first time using complementary techniques. The coated screws revealed a smoother surface than the non-coated ones. Although the cross-section analysis revealed some fissures in the coating structure, the electrochemical studies using Hanks’ salt solution demonstrated the effective role of MgF2 in retarding the alloy degradation during the initial stages of corrosion up to 24 h. The values of polarization resistance (Rp) of the coated samples extrapolated from the Nyquist plots were significantly higher than those of the non-coated samples, and impedance increased significantly over time. After 1200 s exposure, the Rp values were 1323 ± 144 Ω.cm2 for the coated samples and 1036 ± 198 Ω.cm2 for the non-coated samples, thus confirming a significant decrease in the degradation rate due to the MgF2 layer. The corrosion rates varied from 0.49 mm/y, at the beginning of the experiment, to 0.26 mm/y after 1200 s, and decreased further to 0.01 mm/y after 24 h. These results demonstrated the effectiveness of the applied MgF2 film in slowing down the corrosion of the bulk material, allowing the magnesium-alloy screws to be competitive as dental and orthopedic solutions for the biodegradable implants market.



https://doi.org/10.3390/ma15228245
Lucero Lucas, Gisella Liliana; Romanus, Henry; Ispas, Adriana; Bund, Andreas
Hollow platinum-gold and palladium-gold nanoparticles: synthesis and characterization of composition-structure relationship. - In: Journal of nanoparticle research, ISSN 1572-896X, Bd. 24 (2022), 12, 245, insges. 15 S.

Hollow palladium-gold (PdAu) and platinum-gold (PtAu) alloy nanoparticles (NPs) were synthesized through galvanic replacement reactions. PdAu NPs denoted PdAu-99.99 and PdAu-98 were produced using palladium precursors with different purity degree: Na2PdCl4 ≥ 99.99% and Na2PdCl4 98%, respectively. The effect of the addition time of the gold palladium precursor solution on the size of the generated NPs was evaluated. Two types of particles, with a rough and a smooth surface, were identified in the suspensions of PtAu and PdAu NPs by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and scanning transmission electron microscopy (STEM). The atomic percentage of gold, platinum, palladium, and cobalt (atomic %) in the nanoparticles was determined by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). PtAu NPs (26-42 nm) contain Pt (41 at%), Au (36 at%), and Co (23 at%). Two groups of hollow palladium gold NPs (30-50 nm) with a different residual cobalt content were produced. PdAu-99.99 NPs consisted of Pd (68 at%), Au (26 at%), and Co (6 at%), whereas PdAu-98 NPs were composed of Pd (70 at%), Au (22 at%), and Co (8 at%). The hollow structure of the NPs was confirmed by EDX line scanning. Selected area electron diffraction analysis (SAED) revealed the formation of PtAu and PdAu alloys and it was used in estimating the lattice parameters, too.



https://doi.org/10.1007/s11051-022-05619-9
Quispe, Roger; Torres, Carlos; Eggert, Lara; Ccama, Gianella A.; Kurniawan, Mario; Hopfeld, Marcus; Zárate Moya, José Luis; Camargo, Magali K.; Rosenkranz, Andreas; Acosta, Julio A.; Bund, Andreas; Schaaf, Peter; Grieseler, Rolf
Tribological and mechanical performance of Ti2AlC and Ti3AlC2 thin films. - In: Advanced engineering materials, ISSN 1527-2648, Bd. 24 (2022), 10, 2200188, S. 1-11

Mn+1AXn (MAX) phases are novel structural and functional materials with a layered crystal structure. Their unique properties such as good machinability, high electrical conductivity, low friction, and corrosion resistance are appealing for many engineering applications. Herein, Ti2AlC and Ti3AlC2 MAX thin films are synthesized by magnetron sputtering and subsequent thermal annealing. A multilayer approach is used to deposit single-element nanolayers of titanium, aluminum, and carbon onto silicon substrates with a double-layer-diffusion barrier of SiO2 and SixNy. Ti2AlC and Ti3AlC2 thin films (thickness ≈500 nm) are formed via rapid thermal annealing and verified by X-Ray diffraction. Nanoindentation tests show hardness values of about 11.6 and 5.3 GPa for Ti2AlC and Ti3AlC2, respectively. The tribological behavior of the Ti2AlC and Ti3AlC2 thin films against AISI 52100 steel balls under dry sliding conditions is studied using ball-on-flat tribometry. The resulting coefficient of friction (CoF) for Ti2AlC and Ti3AlC2 ranges between 0.21-0.42 and 0.64-0.91, respectively. The better tribological behavior observed for Ti2AlC thin films is ascribed to its smaller grain size, reduced surface roughness, and higher hardness.



https://doi.org/10.1002/adem.202200188
Büker, Lisa;
Einfluss von Carbonsäuren auf den Abscheidungsprozess von Chrom aus Chrom(III)-Elektrolyten. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2022. - 1 Online-Ressource (xi, 115, LXVII Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022

Der Ersatz von hexavalenten Chromverbindungen in der galvanischen Industrie ist seit der Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe (REACH-Verordnung) der Europäischen Union ein zentrales Thema. In der dekorativen Verchromung ist die Substitution durch adäquate Alternativen sehr vielversprechend. Allerdings ist der Ersatz von CrVI-Verbindungen in der funktionellen Verchromung herausfordernd, denn Chromschichten aus trivalenten und hexavalenten Elektrolyten unterscheiden sich bspw. in der Farbe und Korrosionsbeständigkeit. In dieser Arbeit wird die Wirkungsweise verschiedener organischer Säuren auf die Abscheidung von dickeren Chromschichtdicken (> 1 µm) untersucht. Wichtige Instrumente, um die Reaktion und die Chromabscheidung zu untersuchen, sind zum einen die Hochleistungsflüssigkeits-Chromatographie (HPLC, engl. High performance liquid chromatography), elektrochemische Quarzmikrowaage (EQCM), Polarographie (DPP, engl. differential pulse polarography), die Zyklovoltammetrie (CV, engl. Cyclic voltammetry) und zum anderen Querschliffanalysen. Die Schichtcharakterisierung erfolgte über die Rasterelektronenmikroskopie (REM). Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigten, dass Reaktionsgeschwindigkeit, Abscheideraten und der daraus resultierende Schichtaufbau, von der Art und Konzentration der Carbonsäuren abhängen. Es konnten Aussagen über die Wirkung der Carbonsäuren als Komplexbildner getroffen und mit dem Chelat-Effekt erklärt werden. Mit einer optimalen Elektrolytzusammensetzung konnten Schichtdicken von 25 bis zu 85 µm abgeschieden werden. Möglichkeiten, die eine gleichmäßige, rissarme Abscheidung unterstützen, wurden untersucht. Ein abschließender Vergleich der Chromschichten aus einem industriell genutzten sechswertigen Hartchromverfahren und dem hier beschriebenen dreiwertigen Elektrolyten zeigt gute Übereinstimmungen. Lediglich der Korrosionsschutz der Chromschicht aus dem trivalenten Elektrolyten ist nur mit Hilfe einer zusätzlichen Nickelschicht zu gewährleisten.



https://dx.doi.org/10.22032/dbt.53060
Eckl, Maximilian; Böttcher, René; Wölk, Luca; Wingerath, Melina; Barbado Fernández, Carlos; Nascimento, M. Lucia; Göhler, Lukas; Stelzer, Daniel; Bund, Andreas
Elektrochemisches Glätten von Metallen durch ionenleitende Festkörper in schwach leitenden Lösungen. - In: WOMag, ISSN 2195-5891, Bd. 11 (2022), 6, S. 22-24

Link, Steffen; Ivanov, Svetlozar; Bund, Andreas
Elektrochemische Abscheidung von Silicium aus organischen Elektrolyten. - In: Galvanotechnik, ISSN 0016-4232, Bd. 113 (2022), 7, S. 877-887

Silicium (Si) ist ein wichtiger Rohstoff für viele industrielle Anwendungen, u. a. für die Mikroelektronik, die Photovoltaikindustrie und neuerdings auch innerhalb der elektrochemischen Energiespeicherung. Für die Erweiterung des technischen Anwendungsspektrums von Si sind jedoch anpassbare Abscheidungstechnologien erforderlich.



Ahmadkhaniha, Donya; Krümmling, Josef; Zanella, Caterina
Electrodeposition of high entropy alloy of Ni-Co-Cu-Mo-W from an aqueous bath. - In: Journal of the Electrochemical Society, ISSN 1945-7111, Bd. 169 (2022), 8, 082515, insges. 5 S.

This study aimed to deposit high entropy alloy (HEA) coatings with five different elements, Ni, Co, Cu, Mo, and W, from a single aqueous bath. The influence of pH, current density, and complex agent on the composition of deposited coating was examined. It was shown that Mo and W were codeposited mainly with Ni and Co. pH had the most impact on the codeposition of reluctant elements like Mo and W, while current density had the minimum effect. The deposited coating had a metallic, dense, and nodular morphology with configurational entropy of around 1.6 R.



https://doi.org/10.1149/1945-7111/ac87d5
Endrikat, Anna;
Elektrochemische Reduktion von Niob-Halogeniden in ionischen Flüssigkeiten. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2022. - 1 Online-Ressource (VIII, 98 Blätter, Blatt IX-LVII)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022

Metallische Überzüge aus Niob bieten aufgrund ihrer besonderen chemischen, thermischen und mechanischen Stabilität vor allem auf kostengünstigen Grundwerkstoffen, die extremen korrosiven und abrasiven Belastungen ausgesetzt sind, ein breites Anwendungsspektrum. Bis heute ist jedoch ein hoher verfahrenstechnischer Aufwand erforderlich, um haftfeste und hochreine Niob-Schichten in Niederdruck-Prozessen aus der Gasphase herzustellen. Elektrochemische Prozesse bieten eine kostengünstige Alternative, wobei die Reaktivität von Niob sowie das negative Standardpotential der meisten Niob-Reduktionsreaktionen den Einsatz wässriger Medien ausschließt. Die ionischen Flüssigkeiten (ILs) ermöglichen, durch ihre große elektrochemische und thermische Stabilität diese Lücke zu schließen und wurden daher als Medium für die elektrochemische Reduktion von Niob-Halogeniden intensiv untersucht. Im Rahmen meiner Arbeit wurden die Niob-Halogenide NbF5, NbCl5, NbBr5 und Nb(CH3cp)2Cl2 in vier ILs mit zyklischen Voltammetrie (CV), differentieller Pulsvoltammetrie (DPV), Infrarot- und Raman-Spektroskopie hinsichtlich ihrer Eignung als Elektrolyte untersucht. In Kombination mit potentiostatischen Abscheidungen zeigte sich, dass Niob-basierte Schichten abgeschieden werden konnten, dafür aber eine gute Löslichkeit des Niob-Halogenids, ein geringer Wassergehalt sowie eine erhöhte Temperatur des Elektrolyten essentiell sind. Analysen des Reduktionsmechanismus mit der rotierenden Ring-Scheiben-Elektrode (RRDE) belegen chemische Nebenreaktionen die auf Kom- und Disproportionierung der Niob-Spezies sowie Zersetzung der IL zurückgeführt werden. Mit Hilfe der elektrochemischen Quarzmikrowaage (EQCM) wurde die Einlagerung dieser Zersetzungsprodukte bestätigt. Die abgeschiedenen Schichten wurden mit Rasterelektronenmikroskopie (REM), energie-dispersiver Röntgenspektroskopie (EDX), Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA), Photoelektronen-spektroskopie (XPS) sowie Röntgendiffraktometrie (XRD) charakterisiert. Diese Schichten weisen etwa 25 At.-% Niob auf. Die restlichen 75 At.-% sind Fremdelemente wie z.B. C, N, O, F, S, Cl bzw. Br, die auf Rückstände des Elektrolyten und der eingelagerten IL-Zersetzungsprodukte zurückgeführt werden. Die Niob-Spezies wurde nicht vollständig zum Metall reduziert und liegt in röntgenamorphen Verbindungen wie NbC, NbO bzw. gemischte NbC1-xOx (mit x ≤ 0,2) sowie NbO2 und Nb2O5 vor. NbCl5 in 1-Butyl-1-methylpyrrolidinium trifluoromethansulfonat ([BMP][OTf]) liefert die dicksten und homogensten Schichten und ist damit das aussichtsreichste System für die Niob-Reduktion. Die Schichteigenschaften können durch Substratvorbehandlung, Additiveinsatz, gepulste Potentialführung sowie Tempern weiter verbessert werden.



https://dx.doi.org/10.22032/dbt.52026