АМИНОАЦЕТАТНЫЕ, АМИНОДИАЦЕТАТНЫЕ,  АМИНОТРИАЦЕТАТНЫЕ И ЭТИЛЕНДИАМИНТЕТРААЦЕТАТНЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ КАДМИРОВАНИЯ: DTUGVJ

Евгений Геннадиевич Афонин

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2024.01.018

Авторы

Евгений Геннадиевич Афонин Калужский научно-исследовательский институт телемеханических устройств https://orcid.org/0009-0005-5457-8646

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2024.01.018

Ключевые слова:

гальваническое кадмирование, комплексообразование, строение комплексов, аминоацетатный электролит, аминодиацетатный электролит, аминотриацетатный электролит, этилендиаминтетраацетатный электролит, технологическая характеристика электролита, приготовление электролита, токсичность электролита.

Аннотация

Представлен обзор водных электролитов для получения покрытий кадмием, содержащих в качестве основных частиц комплексы кадмия(+2) с аминоуксусной, аминодиуксусной, аминотриуксусной и этилендиаминтетрауксусной кислотами, приведен их химический состав и даны некоторые технологические характеристики. Аминополикарбоксилатные электролиты позволяют получать мелкокристаллические, равномерные по толщине покрытия кадмием с высокой коррозионной стойкостью и хорошей адгезией к основе. Электролиты устойчивы в работе, обеспечивают высокий выход покрытия по току, обладают отличной рассеивающей способностью. В обзоре также обсуждаются способы приготовления этилендиаминтетраацетатных электролитов кадмирования, в которых используются оксид, гидроксид, карбонат, сульфат и других соли кадмия(+2), этилендиаминтетрауксусная кислота и её соли со щелочными металлами или аммонием. Покрытия кадмием лучше покрытий цинком защищают детали из стали и цветных металлов, работающие в условиях морского и влажного тропического климата, применяются для покрытия электрических контактов и резьбовых соединений. Соли, комплексонаты и продукты коррозии кадмия токсичны, поэтому кадмирование следует заменять на покрытия сплавами менее опасных, чем кадмий, металлов (цинк-олово, цинк-молибден, цинк-кобальт, цинк-железо, цинк-никель, цинк-бор или других), которые обладают сходными с кадмием защитными и эксплуатационными свойствами.

Библиографические ссылки

Вахманцева Н.И. Изучение и разработка трилонатно-пирофосфатного электролита кадмирования: дис. канд. техн. наук. Томск, 1978. 196 с.

Чернявский В.Ф. Электрокристаллизация кадмия из кислых и слабокислых растворов в присутствии технических органических веществ: дис. канд. техн. наук. Ворошиловград, 1984. 136 с.

Перистая Г.А. Электроосаждение кадмия, индия и сплава индий-кадмий из виннокислых электролитов: дис. канд. техн. наук. Пенза, 1999. 163 с.

Кравченко Д.В. Разработка процесса электроосаждения кадмиевых покрытий из сульфатно-аммонийного электролита в присутствии ЦКН-04 и ЦКН-04С: дис. канд. техн. наук. Москва, 2018. 115 с.

Архипов Е.А. Разработка процесса электрохимического кадмирования в присутствии универсальной композиции органических добавок: дис. канд. техн. наук. Mосква, 2021. 138 с.

ГОСТ 9.305-84. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Операции технологических процессов получения покрытий. Москва: Изд-во Стандартов, 2003. 104 c.

Афонин Е.Г. Перхлоратные электролиты кадмирования // Труды XXI Российской межведомственной научно-технической конференции «Новые информационные технологии в системах связи и управления». Калуга: Изд-во Ноосфера, 2022. С. 286-294.

Афонин Е.Г. Водные дифосфатные и триполифосфатные электролиты кадмирования // Труды XXI Российской межведомственной научно-технической конференции «Новые информационные технологии в системах связи и управления». Калуга: Изд-во Ноосфера, 2022. С. 274-285 .

Kiss T., Sóvágo I., Gergely A. Critical survey of stability constans of complexes of glycine // Pure and applied chemistry. 1991. V. 63. № 4. P. 597-638. http://dx.doi.org/10.1351/pac199163040597.

Casale A., De Robertis A., De Stefano C., Gianguzza A., Patanè G., Rigano C., Sammartano S. Thermodynamic parameters for the formation of glycine complexes with magnesium(II), calcium(II), lead(II), manganese(II), cobalt(II), nickel(II), zinc(II) and cadmium(II) at different temperatures and ionic strengths, with particular reference to natural fluid conditions // Thermochimica acta. 1995. V. 255. P. 109-141. https://doi.org/10.1016/0040-6031(94)02181-M.

Anderegg G., Arnaud-Neu F., Delgado R., Felcman J., Popov K. Critical evaluation of stability constants of metal complexes of complexones for biomedical and environmental applications (IUPAC technical report) // Pure and applied chemistry. 2005. V. 77. № 8. P. 1445-1495. https://doi.org/10.1351/pac200577081445.

Sharma G., Tandon J. P. Potentiometric studies of ternary complex formation: Cu(II), Ni, Zn or Cd iminodiacetic acid/amino-acid complexes // Talanta. 1971. V. 18. № 11. P. 1163-1167. https://doi.org/10.1016/0039-9140(71)80229-1.

Anderegg G. Critical survey of stability constants of NTA complexes // Pure and applied chemistry. 1982. V. 54. № 12. P. 2693-2758. http://dx.doi.org/10.1351/pac198254122693.

Tandon J.P., Sharma G. Potentiometric studies on ternary complex formation between Cu(II), Ni(II), Zn(II), Cd(II), nitrilotriacetic аcid and amino acid // Journal für praktische chemie. 1971. V. 313. № 6. P. 993-998. https://doi.org/10.1002/prac.19713130602.

Kadima W., Rabenstein D.L. Nuclear magnetic resonance studies of the solution chemistry of metal complexes. 26. Mixed ligand complexes of cadmium, nitrilotriacetic acid, glutathione, and related ligands // Journal of inorganic biochemistry. 1990. V. 38. № 4. P. 277-288. https://doi.org/10.1016/0162-0134(90)80003-G.

Shoukry M.M. Mixed ligand complexes of cadmium(II) involving nitrilotriacetic acid // Proceedings of the Indian academy of science – Chemical sciences. 1990. V. 102. № 1. P. 19-24. https://doi.org/10.1007/BF02861566.

Srivastava S.K., Gupta V.K., Tiwari B.B., Ali I. Electrophoretic determination of stability constants of Zn(II)- and Cd(II)-nitrilotriacetate-penicillamine mixed complexes // Journal of chromatography A. 1993. V. 635. № 1. P. 171-175. https://doi.org/10.1016/0021-9673(93)83130-K.

Oyama N., Matsuda H., Ohtaki H. A potentiometric study on complex formation of cadmium(II) and lead(II) ions with ethylenediaminetetraacetic acid // Bulletin of the chemical society of Japan. 1977. V. 50. № 2. P. 406-409. https://doi.org/10.1246/bcsj.50.406.

Jensen C.F., Deshmukh S., Jakobsen H.J., Inners R.R., Ellis P.D. Cadmium-113 nuclear magnetic resonance studies of cadmium-ethylenediaminetetraacetic acid complexes // Journal of the American chemical society. 1981. V. 103. № 13. P. 3659-3666. https://doi.org/10.1021/ja00403a009.

Anderegg G. Critical survey of stability constants of EDTA complexes. Oxford, New York, Toronto, Sydney, Paris, Frankfurt: Pergamon press, 1977. 42 p.

Pureu D., Kozlovskii E., Gruzdev M., Kumeev R. Thermodinamic and NMR studies of mixed-ligand complex formation of cadmium ethylenediaminetetraacetate with diamines in an aqueous solution // Journal of thermal analysis and calorimetry. 2011. V. 103. № 3. P. 1073-1077. https://doi.org/10.1007/s10973-010-1138-5.

Васильев В.П., Козловский Е.В., Чистякова Г.В. Термохимия реакций этилендиаминтетраацетатов никеля, меди, цинка и кадмия с иминодиацетатом и нитрилтриацетатом в водном растворе // Журнал неорганической химии. 1987. Т. 32. № 6. C. 1521-1523.

Barrie P.J., Gyani A., Motevalli M., O'Brien P. Solid-state cadmium-113 NMR studies on cadmium complexes with glycine, l-alanine, and l-cysteine // Inorganic chemistry. 1993. V. 32. № 18. P. 3862-3867. https://doi.org/10.1021/ic00070a016.

Liu B.-X., Xu D.-J. A two-dimensional cadmium(II)-iminodiacetate polymer // Acta crystallographica. Sect. E. 2005. V. 61. № 6. P. m1218-m1220. https://doi.org/10.1107/s1600536805015801.

Polyakova I.N., Poznyak A.L., Sergienko V.S., Stopolyanskaya L.V. Crystal structure of acid ethylenediaminetetraacetates [Cd(H2Edta)(H2O)]•2H2O and [Mn(H2O)4][Mn(HЭДТА)(H2O)]2•4H2O // Crystallography reports. 2001. V. 46. № 1. P. 40-45. https://doi.org/10.1134/1.1343124.

Solans X., Font-Bardia M., Aguilo M., Arostegui M., Oliva J. Structures of ethylenediaminetetraacetato(3-) metal complexes. I. Complexes with Co, Mg and Cd metals // Acta crystallographica. Sect. C. 1987. V. 43. № 4. P. 648-651. https://doi.org/10.1107/S0108270187094666.

Soufeena P.D., Subin Kumar K., Aravindhakhan K.K. Novel thermally stable photoluminescent trinuclear cadmium(II) EDTA complex // Materials today: Proceedings. 2018. V. 5. № 5. Part 3. P. 16790-16799. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.06.017.

Wang X.F., Wang Y.F., Wang J., Zhang Zh.H., Gao J., Liu B., Jiang Y.Ch., Zhang X.D. Synthesis and structures of seven-coordinate K3[Cd(Dtpa)], K2[Cd(H2O)4][Cd(Edta)(H2O)]2•2H2O, and Na2[Cd(H2O)4][Cd(Edta)(H2O)]2•2H2O // Russian journal of coordination chemistry. 2008. V. 34. № 8. P. 555-563. https://doi.org/10.1134/s1070328408080010.

Yang E.-L., Jiang Y.-L., Wang Y.-L., Liu Q.-Y. Poly[[aqua(μ7-ethylenediaminetetraacetato)dicadmium(II)] monohydrate] // Acta crystallographyca. Sect. C. 2010. V. 66. № 9. P. m231-m234. https://doi.org/10.1107/s0108270110029124.

Порай-Кошиц М.А., Полынова Т.Н. Стереохимия комплексонатов металлов на основе этилендиаминтетрауксусной кислоты и её диаминных аналогов // Координационная химия. 1984. Т. 10. № 6. С. 725-772.

Solans X., Font-Altaba M., Oliva J., Herrera J. Crystal structures of ethylenediaminetetraacetato metal complexes. II. Catena-2,2,2,2-tetraaqua-μ-ethylenediaminetetraacetato-cadmiummanganese dihydrate, [Cd(C10H12N2O8)Mn(OH2)4]n•2nH2O // Acta crystallographica. Sect. C. 1985. V. 41. № 7. P. 1020-1022. https://doi.org/10.1107/s0108270185006412.

Balmont-Sánchez J.C., Ruiz-González N., Frontera A., Matilla-Hernández A., Castiñeiras A., Niclós-Gutiérrez J. Anion-cation recognition pattern, thermal stability and DFT-calculation in the crystal structure of H2dap[Cd(HEDTA)(H2O)] salt (H2dap = H2(N3,N7)-2,6-diaminopurinium cation // Crystals. 2020. V. 10. № 4. 304. https://doi.org/10.3390/cryst10040304.

Дятлова Н.М., Тёмкина В.Я., Попов К.И. Комплексоны и комплексонаты металлов. М.: Химия. 1988. 544 с.

Vlannes P.N., Strauss S.W., Brown B.F. Cadmium electroplating. U. S. Patent № 2862860. Patented 1958.

Кудрявцев Н.Т., Тютина К.М., Фатх-Алла М.И., Тюрина Н.А. Способ электролитического кадмирования. Авт. свид. СССР № 166868. Опубл. 1964.

Фатх-Алла М.И., Кудрявцев Н.Т., Тютина К.М. Электролитическое кадмирование из нецианистых комплексных электролитов // Защита металлов. 1965. Т. 1. № 3. С. 308-313.

Кудрявцев Н.Т. Электрохимические покрытия металлами. Москва: Химия, 1979. 352 с.

Городыский А.В., Кублановский В.С., Никитенко В. Н., Литовченко К.И. Массоперенос при электрохимическом выделении кадмия(II) из иминодиуксусных электролитов // Электрохимия. 1982. Т. 18. № 11. С. 1468-1473.

Nikitenko V.N., Litovchenko K.I., Kublanovsky V.S. Concentration variation in the diffusion layer accompanying reduction of cadmium(II) from the iminodiacetate electrolyte // Russian journal of electrochemistry. 1998. V. 34. № 5. P. 435-439. eLIBRARY ID: 27831592. EDN: https://elibrary.ru/XLAZYL.

Липин А.И., Успенский С.И., Матвеева Н.А. Электролит для осаждения металлов. Авт. свид. СССР № 177733. Опубл. 1965.

Joachim T., Beckwith M.M. Method and composition for electroplating cadmium (B). U. S. Patent № 3577327. Patented 1971.

Егорушкина Н.Н., Сергушева В.П., Малинина И.И., Павлова Л.А., Успенский С.И., Усачева Г.П. Электролит кадмирования. Авт. свид. СССР № 918338. Опубл. 1982.

Богатырев А.Б. Электролит кадмирования. Авт. свид. СССР № 1211341. Опубл. 1986.

Ильин В.А. Краткий справочник гальванотехника. С.-Петербург: Политехника, 1993.

Лернер М.Е., Галушко А.Д. Ванна для гальванического кадмирования. Авт. свид. СССР № 117893. Опубл. 1958.

Джафаров Э.А., Мусаев А.Н. Электроосаждение кадмия из щелочных этилендиаминтетраацетатных электролитов // Доклады АН Азербайджанской ССР. 1966. Вып. 22. № 9. С. 32-34.

Сажумян А., Захарян Э. Бесцианистое кадмирование на основе трилона Б // Промышленность Армении. 1968. № 5. С. 70-71.

Напух О.С., Ложкина Т.В. Электроосаждение кадмия из трилонатного электролита // Защита металлов. 1972. Т. 8. № 2. С. 216-218.

Чебоксаров В.А., Гутман А.С., Юшкова З.А. Электролит для электролитического кадмирования. Авт. свид. СССР № 333220. Опубл. 1972.

Ковязина Л.И., Буторина К.Н., Овчинникова Т.М. Исследование возможности применения трилона Б в электролите кадмирования // Журнал прикладной химии. 1974. Т. 47. № 5. С. 59-61.

Подлевских И.П., Ковязина Л.И., Овчинникова Т.М. Исследование возможности сохранения материального баланса трилонатного электролита кадмирования // Журнал прикладной химии. 1974. Т. 47. № 10. С. 2236-2239.

Попилов Л.Я. Советы заводскому технологу. Справочное пособие. Ленинград: Лениздат, 1975. 264 c.

Кублановский В.С., Литовченко К.И., Никитенко В.Н. Трилонатные электролиты кадмирования // Электродные процессы при осаждении и растворении металлов. Киев: Наукова думка, 1978. С. 6-12.

Лившиц А.Б., Черкасова Г.С., Лошкарев Ю.М. Электролит кадмирования. Авт. свид. СССР № 665026. Опубл. 1979.

Городыский А.В., Кублановский В.С., Никитенко В.Н., Литовченко К.И., Козачек В.В. Электролит кадмирования. Авт. свид. СССР № 718501. Опубл. 1980.

Ильин В.А. Цинкование, кадмирование, оловянирование и свинцевание. Ленинград: Машиностроение, 1983. 87 с.

Кублановский В.С., Литовченко К.И., Никитенко В.Н., Стезерянский Э.А., Шваб Н.А. Выбор оптимальных параметров пульсирующего тока при электроосаждении кадмия(II) из трилонатного электролита // Украинский химический журнал. 1986. Т. 52. № 1. С. 32-36.

Олешко С.И., Войленко Ю.П., Силаева О. И. Электролит кадмирования. Авт. свид. СССР № 1675396. Опубл. 1991.

Sigel A., Sigel H., Sigel R.K.O. Metal ions in life science. V. 11. Cadmium: From toxicity to essentiality. Dordrecht: Springer science+business media, 2013. 560 p. https://doi.org/10.1007/978-94-007-5179-8.

Cadmium toxicity. New aspects in human disease, rice contamination, and cytotoxicity. Editors Himeno S. & Aoshima K. Singapore: Springer nature Singapore pte ltd., 2019. 190 p. https://doi.org/10.1007/978-981-13-3630-0.

Scharpf L.G., Hill I.D., Wright P.L., Plank J.B., Keplinger M.L., Calandra J.C. Effect of sodium nitrilotriacetate on toxicity, teratogenicity, and tissue distribution of cadmium // Nature. 1972. V. 239. № 5369. P. 231-234. https://doi.org/10.1038/239231b0.

Cantilena L.R., Klaassen C.D. The effect of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and EDTA plus salicylate on acute cadmium toxicity and distribution // Toxicology and applied pharmacology. 1980. V. 53. № 3. P. 510-514. https://doi.org/10.1016/0041-008X(80)90363-4.

Engström B., Norin H., Jawaid M., Ingman F. Influence of different Cd-EDTA complexes on distribution and toxicity of cadmium in mice after oral or parenteral administration // Acta pharmacologica et toxicological. 1980. V. 46. № 3. P. 219-234. https://doi.org/10.1111/j1600-0773.1980.tb02446.x.

McLeese D.W., Ray S. Toxjcity of CdCl2, CdEDTA, CuCl2, and CuEDTA to marine invertebrates // Bulletin of environmental contamination and toxicology. 1986. V. 36. № 1. P. 749-755. https://doi.org/10.1007/BF01623579.

Peraferrer C., Martínez M., Poch J., Villaescusa I. Toxicity of metal-ethylenediaminetetraacetic acid solution as function of chemical speciation: an approach for toxicity assessment // Archives environmental contamination and toxicology. 2012. V. 63. № 4. P. 484-494. https://doi.org/10.1007/s00244-012-9788-x.

Ganesan P., Kumaraguru S.P., Popov B.N. Development of compositionally modulated multilayer Zn-Ni deposits as replacement for cadmium // Surface and coatings technology. 2007. V. 201. №18. P. 7896-7904. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2007.03.033.

Conde A., Arenas M.A., de Damborenea J.J. Electrodeposition of Zn-Ni coatings as Cd replacement for corrosion protection of high strength steel // Corrosion science. 2011. V. 53. № 4. P. 1489-1497. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2011.01.021.

Agüero A., del Hoyo J. C., García de Blas J., García M., Gutiérrez M., Madueño L., Ulargui S. Aluminum slurry coatings to replace cadmium for aeronautic application // Surface and coatings technology. 2012. V. 213. P. 229-238. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2012.10.052.

Таранцева К.Р., Николотов А.Д., Эмурлаева Э. Р. Электроосаждение сплава олово-цинк из стабилизированного пирофосфатного электролита как альтернатива кадмиевому покрытию // Коррозия: материалы, защита. 2014. № 3. С. 27-30. EDN: https://elibrary.ru/RWOQNH.

Stopic M.D., Friedrich B.G. Electrodeposition, characterization and corrosion investigation of galvanic tin-zinc layers from pyrophosphate baths // Military technical courier. 2016. V. 64. № 3. P. 649-669. https://doi:10.5937/vojtehg64-10578.