Gluconate solutions for nickel electrodeposition and nickel electroless plating

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Nickel electroplating has found a wide range of industrial applications as a technique for creating protective and decorative coatings of metallic and non-metallic surfaces, protecting materials against corrosion at elevated temperatures in both alkaline environments and organic acid solutions, forming a sublayer for obtaining coatings of other metals on steel, enhancing the hardness and wear resistance of surfaces, as well as for improving solderability. Such coatings can be obtained from weakly acidic aqueous and weakly alkaline complex electrolytes. In this review, we analyze the available literature on complexation of nickel(+2) with D-gluconate ion CH2OH(CHOH)4COO‾, along with that on compositions and some technological characteristics of complex D-gluconate solutions for nickel electrodeposition and electroless plating. Thus, a corrosion-resistant smooth light-colored nickel coating, tightly adhered to a copper substrate, was obtained from an electrolyte with a pH level of 8, containing 53 g/dm3 of NiSO4 •6H2O, 44 g/dm3 of D-C6H11O7Na, 25 g/dm3 of H3BO3, 53 g/dm3 of (NH4)2SO4, and 0.5–3 g/dm3 of CO(NH2)2, at a temperature of 25 °C, a cathodic current density of 2.5 A/dm2 with a current efficiency of 96.4%. An electroless Ni-P(3–18 wt%) alloy coating on copper was obtained from a solution with a pH level of 9, containing 5–30 g/dm3  of NiSO4 •6H2O, 10–60 g/dm3 of D-C6H11O7Na, 5–40 g/dm3   of NaH2PO2 •H2O, 3 g/dm3   of HOOCCH2CH2COOH, 0.5 g/dm3   of CH3(CH2)11OSO3Na, 0.002 g/dm3 of Pb(CH3COO)2•3H2O, at a temperature of 90 °C and a deposition rate of up to 0.75 μm/min. The review also discusses methods for preparing D-gluconate electrolytes for nickel plating using sodium D-gluconate, D-glucono-1,5-lactone, and nickel D-gluconate. One advantage of D-gluconate nickel plating solutions consists in the absence of toxicity and low cost of D-gluconates.

About the authors

E. G. Afonin

Kaluga Research Institute of Telemechanical Devices

Email: afonineg.chem@gmail.com

References

  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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».