Глюконатные растворы для электрохимического и химического никелирования

Гальванические покрытия никелем широко применяются в промышленности для защитно-декоративной отделки поверхностей металлических и неметаллических материалов, для защиты от коррозии при повышенной температуре в щелочной среде и в растворах органических кислот, в качестве подслоя для получения покрытий другими металлами на сталь, для повышения твердости и износостойкости поверхности, улучшения паяемости. Данные покрытия получают из водных слабокислых, а также из слабощелочных комплексных электролитов. В настоящем обзоре проанализированы литературные данные по комплексообразованию никеля(+2) с D-глюконат-ионом CH2OH(CHOH)4COO‾, а также рассмотрены составы и некоторые технологические характеристики комплексных D-глюконатных растворов для гальванического и химического никелирования. Например, из электролита с рН 8, содержащего 53 г/дм³ NiSO₄ • 6H₂O, 44 г/дм³ D-C₆H₁₁O₇Na, 25 г/дм³ H₃BO₃, 53 г/дм³ (NH4)2SO4  и 0,5–3 г/дм³ CO(NH₂)₂, при температуре 25 °C, катодной плотности тока 2,5 А/дм² с выходом по току 96,4% получают коррозионностойкое гладкое светлое гальваническое покрытие никелем, хорошо сцепленное с медной основой. Из раствора с рН 9, содержащего 5–30 г/дм³ NiSO₄ • 6H₂O, 10–60 г/дм³ D-C₆H₁₁O₇Na,  5–40 г/дм³  NaH₂PO₂ •H₂O,  3 г/дм³ HOOCCH₂CH₂COOH, 0,5 г/дм³  CH₃(CH₂)₁₁OSO₃Na,  0,002 г/дм³ Pb(CH₃COO)₂ •3H₂O, при температуре 90 °C со скоростью до 0,75 мкм/мин получают химическое покрытие сплавом Ni-P(3–18 масс.%) на меди. В обзоре также обсуждаются способы приготовления D-глюконатных электролитов никелирования с использованием D-глюконата натрия, D-глюконо-1,5-лактона, D-глюконата никеля. Одним из достоинств D-глюконатных растворов никелирования является то, что D-глюконаты нетоксичны и имеют невысокую стоимость.

1. Coccioli F., Vicedomini M. On the protonation of gluconate ions and the complex formation with lead(II) in acid solutions. Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 1978;40(12):2103-2105. DOI: 10.1016/0022-1902(78)80215-2.

2. Zhang Z., Gibson P., Clark P., Tian G., Zanonato P.L., Rao L. Lactonization and protonation of gluconic acid: a thermodynamic and kinetic study by potentiometry, NMR and ESI-MS. Journal of Solution Chemistry. 2007;36:1187-1200. DOI: 10.1007/s10953-007-9182-x.

3. Bretti C., Cigala R.M., De Stefano C., Lando G., Sammartano S. Acid-base and thermodynamic properties of D-gluconic acid and its interaction with Sn2+ and Zn2+. Journal of Chemical & Engineering Data. 2016;61(6):2040-

4. DOI: 10.1021/acs.jced.5b00993.

5. Joyce L.G., Pickering W.F. An investigation of the nickel gluconate system. Australian Journal of Chemistry. 1965;18(6):783-794. DOI: 10.1071/CH9650783.

6. Panda C., Patnaik R.K. Gluconate complexes of cobalt(II) and nickel(II). Journal of the Indian Chemical Society. 1976;53:718-719. DOI: 10.5281/zenodo.6393036.

7. Warwick P., Evans N.D.M., Hall T., Vines S. Complexation of Ni(II) by α-isosaccharinic acid and gluconic acid from pH 7 to pH 13. Radiochimica Acta. 2003;91(4):233-240. DOI: 10.1524/ract.91.4.233.19971.

8. Escandar E.M., Sala L.F., Sierra M.G. Complexes of cobalt(II) and nickel(II) with D-aldonic and D-alduronic acids in aqueous solution. Polyhedron. 1994;13(1):143-150. DOI: 10.1016/S0277-5387(00)86650-4.

9. Baig M.L. Neutral nickel-plating process and bath therefor. US Patent, no. 3417005; 1968.

10. Abd El Meguid E.A., Abd El Rehim S.S., Moustafa E.M. The electroplating of nickel from aqueous gluconate baths. Transactions of the IMF. 1999;77(5):188-191. DOI: 10.1080/00202967.1999.11871280.

11. Eltoum A.M.S., Baraka A.М., Elfatih H.A. Electrodeposition and characterization of nickel from gluconate baths in presence of some additives. Journal of American Science. 2011;7(5):368-377.

12. Chat-Wilk K., Rudnik E., Włoch G., Osuch P. Importance of anions in electrodeposition of nickel from gluconate solutions. Ionics. 2021;27:4393-4408. DOI: 10.1007/s11581-021-04166-y.

13. Rudnik E., Wojnicki M., Włoch G. Effect of gluconate addition on the electrodeposition of nickel from acidic baths. Surface & Coatings Technology. 2012;207:375-388. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2012.07.027.

14. Rudnik E., Włoch G. The influence of sodium gluconate on nickel and manganese codeposition from acidic chloride-sulfate baths. Ionics. 2014;20:1747-1755. DOI: 10.1007/s11581-014-1137-9.

15. Brenner A., Riddell G. Deposition of nickel and cobalt by chemical reduction. Journal of Research of the National Bureau of Standards. 1947;39:385-395. DOI: 10.6028/jres.039.024.

16. Gutzeit G., Talmey P., Lee W.G. Chemical nickel plating processes and bath therefor. US Patent, no. 2935425; 1960.

17. Boose C.A. Recent developments in electroless plating. Transactions of the IMF. 1975;53(1):49-54. DOI: 10.1080/00202967.1975.11870338.

18. Eltoum M.S.A., Elhaj A.H. Development of electroless deposition of nickel from alkaline hypophosphite baths using gluconate as complexing agent. International Journal of Multidisciplinary Sciences and Engineering. 2014;5(1):34-43.

19. Tangi A., Elhark M., Bachir A.B., Shriri A., Cherkaoui M., Ebntouhami M., et al. Self-catalytic bath and method for the deposition of a nickel-phosphorus alloy on a substrate. US Patent, no. 6143059; 2000.

20. Franz H., Lecoco D.E. Method for stabilizing a chemical filming composition. US Patent, no. 3893865; 1975.

21. Chester A.E., Reisinger F.F. Cadmium plating. US Patent, no. 2485565; 1949.

22. Melson G.A., Pickering W.F. A study of solid nickel gluconates. Australian Journal of Chemistry. 1968;21(5):1205-1212. DOI: 10.1071/CH9681205.

23. May O.E., Weisberg S.M., Herrick H.T. Some physical constants of d-gluconic acid and several of its salts. Journal of the Washington Academy of Sciences. 1929;19(20):443-447.

24. Escandar G.M., Peregrin J.M.C., Sierra M.G., Martino D., Santoro M., Frutos A.A., et al. Interaction of divalent metal ions with d-gluconic acid in the solid phase and aqueous solution. Polyhedron. 1996;15(13):2251-2261. DOI: 10.1016/0277-5387(95)00478-5.

25. Pedrosa A., Serrano M.L. Solubilities of sodium gluconate in water and in aqueous solutions of ethanol and methanol. Journal of Chemical & Engineering Data. 2000;45(3):461-463. DOI: 10.1021/je990305x.

26. Prescott F.J., Shaw J.K., Billello J.P., Cragwall G.O. Gluconic acid and its derivatives. Industrial & Engineering Chemistry. 1953;45(2):338-342. DOI: 10.1021/ie50518a030.