不同电镀工艺镍网的微观构造与性能比照分析

不同电镀工艺镍网的微观构造与性能比照分析

不同电镀工艺生产的镍网组织及性能对比

夏天东;张超芬;徐仰涛;郭龙邦

【摘要】印染过程中印刷镍网的拉伸强度直接影响圆网印花机的使用寿命，制备高性能镍网是获取更大经济效益的关键。利用X射线衍射、扫描电镜等材料分析方法分析了不同工艺参数下圆柱形印刷镍网的微观组织，并对其力学性能进行了比较。结果表明：圆柱形印刷镍网中镍的质量分数为99.79%，为面心立方结构；镍网第一镀层无分层现​​象，第二镀层亦无明显分层现象；不同类型的圆柱形印刷镍网的晶粒取向不同；80目镍网试样第一镀层断口形貌较为平整，具有较强的金属光泽，为典型的脆性断裂，第二镀层呈现延性断裂。 125目和195目镍网试样均表现出典型的延性断口，且195目镍网试样的第二镀层具有较深的延性韧窝，与第一镀层有较大区别；125目镍网试样的第一镀层和第二镀层均具有相对较深的延性断口。

镀层韧性无明显差异，样品的拉伸强度明显优于其他样品；由于氧化膜的存在，第一镀层与第二镀层之间的结合性能较差，导致在拉伸过程中镀层界面处产生开裂，同时​​降低了镍网的拉伸强度。%，ehigh-.-opy,.-.79%reen.-ake

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【期刊名称】兰州理工大学学报

【年(卷),期】2023(044)002

【共计页数】4页（P17-20）

【关键词】圆柱形印刷镍网；微观结构；力学性能；原位拉伸

【作者】夏天东;张超芬;徐仰涛;郭龙邦

【作者单位】，甘肃兰州；，甘肃兰州；，甘肃兰州；，甘肃兰州

【正文语言】中文

【中图分类号】TG113.26

圆网印花技术以其效率高、成本低、生产周期短、品种多样等优点，在印染行业得到广泛应用。其中，圆网印花镍网是圆网印花机中的关键耗材部件[1]。镍网材质为电解镍，采用电铸工艺生产[2]。目前，国外生产的圆网印花镍网大多经过二次电铸[3]。采用该方法生产的电铸产品精度高、质量好，市场前景广阔[4]。

二次电铸工艺是利用电镀的方法将基模在第一次镀槽中电镀成厚度为50～60μm的半成品，然后将半成品从基模中取出放入第二次镀槽中作为阴极进行电镀增厚，从而复制出与原型一模一样的产品[5-6]。但第一次电镀后镀层表面会产生Ni-O氧化膜，导致第二次镀层与第一次镀层结合不良，从而影响其使用寿命。同时，印刷镍网标准FZ/-2023《印刷镍网》对镍网的微观结构和力学性能没有提出明确的要求[7]。但镍网的使用寿命与电镀工艺、开孔率、孔形以及第一次镀层和第二次镀层的微观结构密切相关。目前，国内外对于印刷镍网的争论还停留在宏观层面，尚未涉及微观层面的分析[8-9]，相关文献报道也较少。

因此本文选取工业生产中最常用的3种镍网，比较不同网目数、孔形、开孔率对其性能的影响，建立组织与力学性能之间的关系，探究镍网的断裂机理，为镍网生产及性能优化提供参考。

1. 试验过程及方法

试验材料选用某厂家生产的不同网孔尺寸的圆柱形印刷镍网进行对比分析，3种镍网的参数如表1所示。将样品置于丙酮中，用超声波清洗器超声波清洗3次，每次5 min。使用X射线荧光光谱仪对清洗后的样品进行化学成分检测，并对3种镍网进行X射线衍射分析（铜靶0.，步长0.02°，扫描范围20°～90°）。将裱贴好的样品打磨抛光，抛光后的样品用硝酸和冰醋酸溶液进行腐蚀。将样品切成规格为12mm×35mm×0.1mm的拉伸试件，进行原位拉伸试验。

利用450型场发射扫描电子显微镜观察试样的断裂过程。

观察拉伸断口形貌的进展。

表1 样品参数表号网格尺寸/网格形状厚度/mm加工方式180六边形0.105二次电镀2125近圆形0.11二次电镀3195圆形

0.12 二次电镀 2 结果与分析

化学成分

圆柱形印刷镍网成分分析表明，Ni的质量分数为99.79%，杂质的质量分数小于0.2%，如表2所示。这主要是因为圆柱形印刷镍网采用二次电镀法生产，可以有效去除杂质[10]。杂质元素均为微量元素，是在电铸过程中由电解液带入镍网的，对镍网的性能没有影响。

表2 圆柱形印刷镍网化学成分 Tab.% 元素质量分数 0.039 0.084 0.001 0.051 0.036 余量

网格形状和排列

圆柱形印刷镍网的网格排列及网格形状如图1所示。网格排列方向为典型的60°轴对称排列，但网格形状变化较大。1#样品（80目）网格为正六边形结构，网格间距为191μm，网格对角线长为142μm，如图1a所示。2#样品（125目）网格形状为近似圆形的正六边形结构，网格间距为128μm，网格直径为76μm，如图1b所示。3#样品（195目）网格形状为正圆形结构，网格间距为84μm，网格直径为46μm，如图1c所示。通过观察圆柱形印刷镍网的网孔可以看出，随着网孔数量的增加，镍网由六边形结构过渡到圆形结构，开孔率也随之减小。

图1 不同印刷工艺的镍网的 SEM 图像

X射线衍射

三种圆柱形印刷镍网的XRD图谱如图2所示。

如图2所示，3种镍网均为面心立方结构的纯镍相，衍射峰消失的角度与标准PDF卡片（04-0850）中纯镍相消失的角度相同，但峰的强度不同。从图中可以清晰地看到4个强峰，2θ位置分别为44.5°、51.8°、76.3°、92.5°，分别对应镍的4个晶面。从图中可以看出，样品1#、3#在（200）面表现出明显的择优取向，2#镍网在（111）面的衍射峰最强，表现出明显的（111）面择优取向。 2#镍网的衍射强度与标准卡中的衍射强度成正比，晶体取向比较随机，择优生长不明显，说明2#镍网在各个方向上均具有良好的性能。图2 不同圆柱形印刷镍网的XRD谱

如图。

微观结构

不同镍网的显微组织如图3所示。样品1#、2#、3#第一次镀层未能消除分层现象，而第二次镀层则消除了明显的分层现象。样品2#的第二次镀层较厚且分层明显，样品3#的第二次镀层较致密。同时，样品1#、2#的第一次镀层与第二次镀层结合较差，如图3a～3c所示。3个样品的第二次镀层均消除了均匀的分层现象，说明在电镀过程中镀层晶粒生长均匀，这与镍网生产中的电流密度和添加剂的质量分数有关。郭建军等[11-12]认为，在电沉积过程中，添加剂和电流密度对阴极产物的微观组织和力学性能影响较大。工业生产中，第一镀槽中加入微量添加剂，第二镀槽中加入一定量的糖精钠等添加剂，电流密度也不同，图中可以清晰的看到第一镀层与第二镀层的分界线。通常，镍网在第一镀层完成后从第一镀槽中取出，经过一段时间后再进行第二镀层。镀层表面会产生Ni-O氧化膜，导致第二镀层过程中界面结合性能变差，进而影响镍网的力学性能。

原位拉伸

沿工作方向取样，进行原位拉伸试验，如图4所示。1#试样断裂方向为

拉伸方向为90°，断口处微颈消除，如图4a所示，2#、3#试样的断口方向为拉伸方向。

方向为45°，断口处微颈收缩消失，如图4b~4c所示。3种镍网的拉伸强度分别为686、785、2#，试样的拉伸强度明显高于其他试样，验证了2.3中的结论。

断口形态

圆柱形印刷镍网样品原位拉伸后的断口形貌如图5所示。1#样品第一镀层断口组织平整、呈亮灰色，第二镀层中较大的韧窝消失，如图5a所示。1#样品第一镀层断口组织平整、结构致密，第二镀层中较大的韧窝消失，说明第二镀层具有良好的韧性。2#样品第一镀层和第二镀层断口形貌差异不大，断口形貌均为细小致密的韧窝组织，如图5b所示。可以推断2#

图 3 不同打印的镍网的横截面 SEM 图像