Nanomaterials and Plastic Deformation

239 Pages·2011·22.27 MB·English

by  Wang

Nanomaterials and
Plastic Deformation
Selected, peer reviewed papers from
the Annual Meeting of
Chinese Materials Research Society, Session L, 2009
12-17 September 2009, Suzhou, China

Edited by:
Jing Tao Wang
Copyright  2011 Trans Tech Publications Ltd, Switzerland

All rights reserved. No part of the contents of this publication may be reproduced or
transmitted in any form or by any means without the written permission of the
publisher.

Trans Tech Publications Ltd
Kreuzstrasse 10
CH-8635 Durnten-Zurich
Switzerland
http://www.ttp.net

Volume 682 of
Materials Science Forum
ISSN 0255-5476
Full text available online at http://www.scientific.net

Distributed worldwide by and in the Americas by
Trans Tech Publications Ltd Trans Tech Publications Inc.
Kreuzstrasse 10 PO Box 699, May Street
CH-8635 Durnten-Zurich Enfield, NH 03748
Switzerland USA
Phone: [phone]
Fax: [phone] Fax: [phone]
e-mail: [email protected] e-mail: [email protected]
PREFACE

The present Proceedings includes selected papers from the session of “Nanomaterials and Plastic
deformation” in C-MRS 2009 -- 2009 Annual Meeting of Materials Research Society of China, held in
Suzhou China on October 14-17, 2009. This session is also held as the 4th symposium in succession to
the serial symposia on “Ultrafine Grained and Nanostructured Materials”, held in Nanjing in 2002,
2004 and 2007.
The symposium received hot response from the nanomaterials community, over 80 submissions
was received and Over 70 participants attended the symposium. This reflects the large domestic
research team on topic of “Ultrafine Grained and Nanostructured Materials”. 35 papers was included in
the present Proceedings. At the special invitation of the organizing committee of the symposium,
renown scientists in the area: Prof. Evan Ma from Johns Hopkins University, Prof. Jian Lu from The
Hong Kong Polytechnic University, Dr. Xiaozhou Liao from The University of Sydney, Prof. Lei Lu
from Institute of Metal Research of Chinese Academy of Sciences, Dr. Hyoung Seop Kim from Pohang
University of Scienc and Technology, Prof. Shuming Pan from General Reserch Institute for
Nonferrous Metals, participated the symposium and gave their keynote invited lectures, which accepted
warm welcome among the participants of the symposium.
The procedure of producing strong iron-based materials through repeat plastic deformation can be
traced back to over 2000 years ago in China, when ancient Chinese developed BAI-LIAN Steel through
multitudinous folding and forge-weld of bulk smelted iron. Today, together with the growth of
international community, we are witnessing the steady growth in fundings, research team numbers, as
well as publications in this area in China. Deformation processing for advanced materials with
ultrafine- and nano-structures and having significantly improved properties has developed as one of the
most promising frontiers of materials science and technology. It has now reached the stage of product
innovation and commercialization. To this point, the fast economic growth in China not only provide
power for fundamental research by the fast increasing research funds from Central and local
Governments, but also provide economic driving by the increasing market demand for the
commercialization of nanomaterials and technology.
Before we close this preface, we would like to express our thanks to Prof. Ke Lu for his general
support and hospitality, the Materials Research Society of China for the organization of this meeting,
Trans Tech Publications Ltd for the publication of the proceedings of this symposium as a special topic
volume in “Materials Science Forum”, and all the committee members of this symposium for
organizing and reviewing papers for this proceedings. We also need to thank Dr. Ying Liu, Mr. Hao
Yuan and others for their secretary work for the symposium and the proceedings. And finally, we thank
all of the participants of this symposium and all of the authors for contribution to this Proceedings.

Jing Tao Wang
Nanjing University of Science and Technology

Nanjing, China, October 2010
Table of Contents
Preface
I. Processing
Rapid Prototyped Nanocrystalline Copper Parts by Jet Electrodeposition
J.S. Chen, Y.H. Huang, B. Qiao, J.M. Yang and Y.Q. He 3
Developing Metallic Glass Matrix Composites with In Situ Crystalline Spheres through the
Mechanism of Liquid-Liquid Phase Decomposition in Miscibility Gap of the
Multicomponent Immiscible Alloys
J. He, S. Chen and J.Z. Zhao 9
Studies of Annealing Process in Severely Cold Drawn Pearlitic Steel Wires
S.F. Liu, G. Liu, B.J. Wang, C.H. Ren and X.L. Shi 19
Bulk Nanocrystalline Cu Produced by High-Energy Ball Milling
C.J. Li, X.K. Zhu, J.M. Tao, H.L. Tang and T.L. Chen 25
Shearing Patterns of AZ31 Mg Alloy Processed by Equal-Channel Angular Pressing via
Various Route
X.M. Feng and T.T. Ai 33
A Comparison of Temperature-Dependent Compressive Deformation Features of Ultrafine-
Grained Ti and Cu Produced by ECAP
Q.W. Jiang, L. Xiao and X.W. Li 41
II. Microstructure Characterization
Microstructure and Mechanical Properties of Mg Y Zn Alloy Processed by Equal
96 3 1
Channel Angular Pressing
B. Chen, C. Lu, D.L. Lin and X.Q. Zeng 49
Effects of Si/Al Molar Ratio on Morphology of Mullite Nanocomposite Synthesized from
Kaolin
N.C. Chen, W. Wang, A.P. Deng, H.M. Ao and Q.H. Li 55
Microstructures and Properties of Ultrafine Grained Iron by Rolling
Y. Ding, J.H. Jiang and A.D. Shan 61
Texture Analysis of Commercial Pure (Grade 3) Ti after Two-Step Severe Plastic
Deformation
H. Jiang, C.Y. Xie, J. Song, X.G. Sun and X.N. Zhang 65
Microtexture Study of Warm-Rolled High Strength Interstitial-Free (IF) Steel Sheets
C.N. Jing, M.G. Wang, X.J. Liu, Q.Z. Tan, Z.C. Wang and F.T. Han 71
Solidification Structure Characteristics and Mechanical Properties of (Ag-Cu )-25Sn Alloy
28
Ribbons Prepared by Melt Spinning Method
L.F. Li, T. Qiu, J. Yang and Y.B. Feng 75
The Microstructural Studies of Ag/Ni20 Fibre Composites Processed by Severe Plastic
Deformation
K.H. Zhang, C.J. Wang, M. Wen and W.M. Guan 81
Deformation Processing and Mechanical Properties of Cu-10Cr-0.4Zr In Situ Composite
Microwires
J.Q. Deng, X.Q. Zhang, S.Z. Shang, Z.X. Zhao and Y.F. Ye 89
Microstructure and Mechanical Properties of Austempered Ultrahigh Carbon Steel 1.4%C
Z.L. Zhang, K.K. Zhang, Y. Yue, N. Ma and Z.W. Xu 97
Microstructure and Mechanical Properties of CP-Ti Processed by 2 ECAP Passes Using a
90° Die at Room Temperature
X.R. Yang, X.C. Zhao and X.Y. Liu 103
Mechanical Properties of Plain Carbon Steels with Ultrafine (α+θ) Microstructures
H.Y. Zhu, L.F. Li, W.Y. Yang and Z.Q. Sun 109
b Nanomaterials and Plastic Deformation
Microstructure and Performance of Surface Nanostructure 316L Stainless Steel Induced by
Wire-Brushing Deformation
L. Zhu and X.M. Fan 115
III. Mechanical and other Properties
Mechanical Property of Duplex Stainless Steel with Nanostructured Layer by Surface
Mechanical Attrition Treatment
L. Chen and X.L. Xu 123
Microstructure and Mechanical Properties of a 1.6C (pct) Ultra-Fine Grained Ultra-High
Carbon Steel
Y.J. Fan, J.M. Cao, W.M. Wang and Y.N. Liu 131
Constitutive Model for Large Plastic Deformation of Nanocrystalline Materials
H. Jiang, J.Q. Zhou and R.T. Zhu 139
Effect of Load Direction on Tensile Yield Properties in Mg-3Al-Zn Alloy
R. Liu, D.L. Yin and J.T. Wang 145
Effect of Grain Size Distribution on the Local Mechanical Behavior of Nanocrystalline
Materials
Y.G. Liu and J.Q. Zhou 153
Numerical and Experimental Investigation of Strain Inhomogeneity during Cyclic Channel
Die Compression
F.J. Shi, L.G. Wang, S. Lu and Z.F. Huang 159
Superelasticity and Shape Memory Behaviors of Ti-25 at. % Nb Alloy Processed by ECAP
and Aging
J. Song, X.N. Zhang, H. Jiang, X.G. Sun and C.Y. Xie 167
Tensile Properties and Dislocation Strengthening of Commercial Pure Titanium Processed
by Equal-Channel Angular Pressing at Liquid Nitrogen Temperature
X.N. Cheng, H.X. Xu, X.J. Xu and Z.L. Zhang 171
Compression Superplasticity of Ultrahigh Carbon Steel in Electric Field
K.K. Zhang, Y. Yue, Z.L. Zhang, N. Ma, S. Liu, H.X. Shi, H. Yu and Y.L. Wang 177
Effects of ECAE and Aging on Phase Transformations and Superelasticity of a Ni-Rich TiNi
SMA
X.N. Zhang, J. Song, H. Jiang, X.G. Sun and C.Y. Xie 185
Microstructures and Mechanical Properties of Fcc Pure Metals with Different Stacking
Fault Energies by Equal Channel Angular Pressing
Y. Zhang, J.Q. Liu, J.T. Wang, Z.B. Wu and F. Liu 193
Microstructure and Properties of Ultrafine-Grained Steel Produced by Warm Compression
of Martensite
X. Zhao, X.L. Yang and T.F. Jing 205
Improvement of Strength of Mg-12Gd-3Y-0.5Zr Alloys Processed by Combination of ECAP
and Extrusion
R. Zhu, J.Q. Liu, J.T. Wang, P. Huang, Y.J. Wu and X. Zhao 211
Erosion Wear Property of Surface Diffusion Alloyed Coatings on Magnesium Alloy
Y.P. Ma, X.L. Li, L. Yang and X.P. He 217
Damping Behavior and Mechanism of Graphite and Al O Particles Reinforced Al Matrix
2 3
Composites
Z.M. Zhang and B. Hu 225
Fatigue Property and Fatigue Cracks of Ultra-Fine Grained Copper Processed by Equal-
Channel Angular Pressing
Q.J. Wang, Z.Z. Du, X.Y. Liu and L. Kunz 231
Electroactive Organic-Inorganic Layered Perovskite Hybrids: Steric Interaction between
Aminopyridine and Trivalent Ferricyanide and Use for Electrochemical Sensing Device
J. Wu, H.X. Liu, Z.D. Lin, M.H. Cao, L.L. Guo, H. Hao and Z.Y. Yu 239
II.. PPrroocceessssiinngg
RRaappiidd PPrroottoottyyppeedd NNaannooccrryyssttaalllliinnee CCooppppeerr PPaarrttss bbyy

JJeett EElleeccttrrooddeeppoossiittiioonn
JJiinn--ssoonngg CChheenn 11,,aa,, YYiinn--hhuuii HHuuaanngg 22,,bb ,, BBiinn QQiiaaoo 11,,cc,, JJiiaann--mmiinngg YYaanngg 11,,dd,,
aanndd YYii--QQiiaanngg HHee 11,,ee
11 CCoolllleeggee ooff MMeecchhaanniiccaall EEnnggiinneeeerriinngg,, HHuuaaiihhaaii IInnssttiittuuttee ooff TTeecchhnnoollooggyy,, LLiiaannyyuunnggaanngg,, CChhiinnaa 222222000055
22CCoolllleeggee ooff MMeecchhaanniiccaall aanndd EEnnggiinneeeerriinngg,, NNaannjjiinngg UUnniivveerrssiittyy ooff AAeerroonnaauuttiiccss && AAssttrroonnaauuttiiccss,,
NNaannjjiinngg,, CChhiinnaa 221100001166
aajjiinnssoonngg2200000011@@116633..ccoomm,, bbhhyyhhlliibb@@nnuuaaaa..eedduu..ccnn,,ccjjxxxx@@hhhhiitt..eedduu..ccnn,, ddjjiiaannmmiinnggyyaanngg@@hhiitttt..eedduu..ccnn
eehheeyyiiqqiiaanngg@@hhiitttt..eedduu..ccnn
KKeeyywwoorrddss:: jjeett eelleeccttrrooddeeppoossiittiioonn,, rraappiidd pprroottoottyyppiinngg,, nnaannooccrryyssttaalllliinnee,, ggrraaiinn ssiizzee,, ccuurrrreenntt ddeennssiittyy
AAbbssttrraacctt.. TThhee ssyysstteemm ccoommppoonneennttss aanndd tthhee tthheeoorryy ooff jjeett eelleeccttrrooddeeppoossiittiioonn oorriieennttaatteedd bbyy rraappiidd
pprroottoottyyppiinngg ((RRPP)) aarree iinnttrroodduucceedd..TThhee nnaannooccrryyssttaalllliinnee ccooppppeerr ppaarrttss wwiitthh ssiimmppllee sshhaappee wweerree ffaabbrriiccaatteedd
bbyy RRPP tteecchhnnoollooggyy.. TThhee mmiiccrroossttrruuccttuurree eevvoolluuttiioonn ooff tthhee nnaannooccrryyssttaalllliinnee CCooppppeerr llaayyeerr wwaass eexxaammiinneedd
bbyy mmeeaannss ooff tthhee SSccaannnniinngg EElleeccttrroonn MMiiccrroossccooppyy ((SSEEMM)) aanndd XX--rraayy DDiiffffrraaccttiioonn ((XXRRDD)).. TThhee rreessuullttss
sshhooww tthhaatt tthhee jjeett eelleeccttrrooddeeppoossiittiioonn ccaann ggrreeaattllyy eennhhaannccee tthhee lliimmiitteedd ccuurrrreenntt ddeennssiittyy,, ffiinnee ccrryyssttaalllliinnee
ppaarrttiicclleess aanndd iimmpprroovvee ddeeppoossiittiioonn qquuaalliittyy.. TThhee ccooppppeerr ddeeppoossiitteedd llaayyeerrss hhaavvee nnaannooccrryyssttaalllliinnee
mmiiccrroossttrruuccttuurree wwiitthh aavveerraaggee ssiizzee ooff 5555..66nnmm.. TThhee ggrraaiinn ssiizzee ddeeccrreeaasseess ttoo 4411..44 nnmm iinn ccrryyssttaall ppllaannee
((331111))..
IInnttrroodduuccttiioonn
OOvveerr tthhee llaasstt sseevveerraall yyeeaarrss,, tthhee rraappiidd pprroottoottyyppiinngg ((RRPP)) tteecchhnniiqquueess hhaavvee ggrroowwnn sseerriioouussllyy.. TThheeyy
rreedduuccee iinn aa ccoonnssiiddeerraabbllee wwaayy tthhee mmaannuuffaaccttuurriinngg ttiimmee ffoorr ppaarrttss,, aanndd tthhuuss lleeaadd ttoo aa ffaasstteerr pprroodduuccttiioonn
pphhaassee--sshhiifftt.. CCuurrrreennttllyy,, pprroocceesssseess aassssoocciiaatteedd wwiitthh RRPP tteecchhnniiqquueess mmaakkee iitt ppoossssiibbllee ttoo oobbttaaiinn pprroodduuccttiioonn
iinn aa sshhoorrtt ttiimmee.. TThhee rraappiidd mmaannuuffaaccttuurriinngg ooff mmeettaall ppaarrttss,, oonnee ooff mmaajjoorr ddeessttiinnaattiioonnss ooff rraappiidd
pprroottoottyyppiinngg,, iiss wwiiddeellyy ccaarreedd rreecceennttllyy [[11]].. JJeett eelleeccttrrooddeeppoossiittiioonn iiss aann aattttrraaccttiioonn mmeetthhoodd ffoorr tthhee RRPP
aapppprrooaacchh [[22]].. TThhee mmeettaalllliicc ttoooollss wwiitthh hhiigghh aaccccuurraaccyy aanndd eexxcceelllleenntt ddeeppoossiitteedd qquuaalliittyy hhaadd bbeeeenn aallrreeaaddyy
mmaaddee.. FFoorr ccoommppaarriissoonn ooff tthhee ccoonnvveennttiioonnaall eelleeccttrrooddeeppoossiittiioonn,, tthhiiss mmeetthhoodd ddeeccrreeaassee tthhee tthhiicckknneessss ooff
ddiiffffuusseedd llaayyeerr,, iinnccrreeaassee tthhee lliimmiittiinngg ccuurrrreenntt ddeennssiittyy.. AAtt tthhee ssaammee ttiimmee tthhee iinnccrreeaassee ooff oovveerr--ppootteennttiiaall
rreessuullttss iinn tthhee nnuucclleeaattiinngg rraattee aanndd tthhee mmiiccrroo--hhaarrddnneessss ooff ddeeppoossiittss iinnccrreeaassee,, wwhhiillee tthhee ggrraaiinn ssiizzee
ddeeppoossiittss ddeeccrreeaassiinngg..
AAss aa nneeww aanndd eeffffeeccttiivvee mmeetthhoodd oonn rraappiidd mmaannuuffaaccttuurriinngg ooff mmeettaall ppaarrttss,, jjeett eelleeccttrrooddeeppoossiittiioonn
oorrggaanniiccaallllyy ccoommbbiinneess tthhee rraappiidd pprroottoottyyppiinngg wwiitthh eelleeccttrrooppllaattiinngg aanndd mmaakkeess ggoooodd uussee ooff bbootthh
aaddvvaannttaaggeess ooff tthhee ttwwoo oonneess,, eexxtteennddiinngg tthhee aapppplliiccaattiioonn ooff RRPP tteecchhnnoollooggyy..
RRPP SSyysstteemm
CCoommppaarreedd wwiitthh tthhee ccoonnvveennttiioonnaall eelleeccttrrooddeeppoossiittiioonn,, jjeett eelleeccttrrooddeeppoossiittiioonn,, aass aa hhiigghh--ssppeeeedd
eelleeccttrrddeeppoossiittiioonn tteecchhnniiqquuee wwiitthh ssppeecciiaall ffllooww cchhaarraacctteerriissttiiccss,, hhaass bbeeeenn uusseedd ffoorr llooccaall ccooaattiinngg rreeaaccttiioonn
oonn aann uunnmmaasskkeedd ccaatthhooddee.. DDuurriinngg tthhee jjeett eelleeccttrrooddeeppoossiittiioonn pprroocceessss,, eelleeccttrroollyyttee iiss jjeetttteedd oonn aa ccaatthhooddee
ssuurrffaaccee ddiirreeccttllyy bbeeccaauussee ooff tthhee eexxiisstteennccee ooff eelleeccttrriicc ffiieelldd bbeettwweeeenn tthhee ccaatthhooddee aanndd aannooddee llooccaatteedd iinn tthhee
jjeett nnoozzzzllee,, aass tthhee eelleeccttrriicc ccuurrrreenntt ttrraavveellss aalloonngg tthhee jjeett ssttrreeaamm ttoo tthhee ccaatthhooddee,, tthhee ddeeppoossiittiioonn ttaakkeess ppllaaccee
oonnllyy oonn tthhee llooccaall ccaatthhooddee ssuurrffaaccee aarreeaa wwhheerree tthhee jjeett iimmppiinnggeess oonn.. IInn ggeenneerraall,, jjeett eelleeccttrrooddeeppoossiittiioonn
ppoosssseesssseess hhiigghh ddeeppoossiittiinngg rraattee.. OOnn tthhee ootthheerr hhaanndd,, tthhee ggrraaiinn ssiizzee rreeffiinniinngg eeffffeecctt ooff jjeett
eelleeccttrrooddeeppoossiittiioonn iiss mmoorree eeffffiicciieenntt ssiinnccee aa mmuucchh hhiigghheerr oovveerr--ppootteennttiiaall ooff ccaatthhooddiicc ssuubbssttrraattee ccaann
ssiimmuullttaanneeoouussllyy bbee uusseedd wwiitthh mmuucchh hhiigghheerr ccuurrrreenntt ddeennssiittyy [[33,,44]]..
4 Nanomaterials and Plastic Deformation
AAccccoorrddiinngg ttoo tthhee iiddeeaass ooff RRPP tteecchhnnoollooggyy,, aa jjeett eelleeccttrrooddeeppoossiittiioonn ddeevviiccee wwaass ccoonncceeiivveedd aanndd
ddeessiiggnneedd.. FFiigg.. 11 iilllluussttrraatteess tthhee eexxppeerriimmeennttaall ssyysstteemm uusseedd ttoo tthhee ffaabbrriiccaattiioonn ooff mmeettaalllliicc ppaarrttss.. TThhee RRPP
ssyysstteemm iiss ccoommppoosseedd ooff CCNNCC uunniitt,, eelleeccttrroollyyttee cciirrccuullaattiioonn uunniitt,, nnoozzzzllee mmoottiioonn ccoonnttrrooll uunniitt aanndd ppoowweerr
ssuuppppllyy uunniitt.. CCNNCC uunniitt iinncclluuddeess iinndduussttrriiaall PPCC,, ssooffttwwaarree aanndd sseerrvvoo ssyysstteemm,, eettcc.. TThhee ssooffttwwaarree ooff tthhee
CCNNCC uunniitt iiss iinn cchhaarrggee ooff rreecceeiivviinngg tthhee CCAADD mmooddeell ooff aa ppaarrtt aaccccoorrddiinngg ttoo tthhee ggeeoommeettrriicc iinnffoorrmmaattiioonn ooff
aa CCAADD mmooddeell,, ccrreeaattiinngg ttwwoo ddiimmeennssiioonnaall ssccaannnniinngg ttrraacckkiinngg ooff nnoozzzzllee aanndd ccoonnttrroolllliinngg eeaacchh mmoovveemmeenntt
ttoo eennssuurree wweellll ggooiinngg ooff mmaacchhiinniinngg.. NNoozzzzllee mmoottiioonn ccoonnttrrooll uunniitt’’ss rreessppoonnssiibbiilliittyy iiss aassssuurriinngg nnoozzzzllee ooff
rriissee.. EElleeccttrroollyyttee cciirrccuullaattiioonn uunniitt aannsswweerr ffoorr ssuuppppllee ooff tthhee eelleeccttrroollyyttee dduurriinngg eelleeccttrrooddeeppoossiittiioonn
bbeehhaavviioorr [[55]]..

FFiigg.. 11.. JJeett eelleeccttrrooddeeppoossiittiioonn RRPP ssyysstteemm
EExxppeerriimmeenntt PPrroocceedduurree
AAnn iinniittiiaallllyy ddeevviiccee wwaass ddeessiiggnneedd ffoorr tthhee ffaabbrriiccaattiioonn ooff aaccccuurraattee ppaarrttss,, ddeeppeennddiinngg oonn tthhee ffuunnccttiioonnaall
rreeqquuiirreemmeenntt.. AAnn eelleeccttrroollyyttee wwaass uusseedd ttoo ddeeppoossiittiioonn oonn tthhee ffllaatt ssttaaiinnlleessss sstteeeell ssuubbssttrraattee uunnddeerr tthhee
ffoolllloowwiinngg ccoommppoossiittiioonn ((gg//LL)):: CCuu SSOO ··55HH OO--225500,, HH SSOO --5500.. EElleeccttrrooddeeppoossiittiioonn ttooookk ppllaaccee iinn tthhee bbaatthh
22 44 22 22 44
aatt aa tteemmppeerraattuurree 3300°°CC,, aa ccuurrrreenntt ddeennssiittyy 110000 AA//ddmm22,, jjeett ssppeeeedd 1100 mm//ss,, nnoozzzzllee ssiizzee 11mmmm,, ssccaannnniinngg
ssppeeeedd 11mmmm//ss..
TThhee ccooppppeerr ddeeppoossiittiinngg llaayyeerr’’ss iinnggrreeddiieenntt aanndd mmiiccrroossttrruuccttuurree wwaass mmeeaassuurreedd bbyy uussiinngg aa RRiiggaakkuu
XXRRDD DD//MMAAXX--IIIIAA ddiiffffrraaccttoommeetteerr wwiitthh aa SSEEMM ((ssccaannnniinngg eelleeccttrroonn mmiiccrroossccooppee)).. PPrriioorr ttoo mmeeaassuurree,,
EEDDXX ssaammpplleess wweerree vviibbrraatteedd bbyy uullttrraassoonniicc vviibbrraattoorr aanndd wwaasshheedd iinn ddiissttiilllleedd wwaatteerr aanndd aallccoohhooll.. UUssiinngg
tthhee SScchheerrrreerr''ss eeqquuaattiioonn ttoo ccaallccuu11aattee tthhee aavveerraaggee ssiizzee ooff tthhee ccooppppeerr ssppeecciimmeenn aasssseemmbblleedd oonn tthhee
ssuubbssttrraatteess..
AAnnaallyyssiiss aanndd DDiissccuussssiioonn
AA sseerriieess ooff tteessttss hhaavvee ccaarrrriieedd oouutt ttoo ooppttiimmiizzee tthhee ddeeppoossiittiinngg ppaarraammeetteerrss,, ssuucchh aass ccuurrrreenntt ddeennssiittyy,,
eelleeccttrroollyyttee’’ss tteemmppeerraattuurree,, tthhee nnoozzzzllee ssiizzee,, jjeett ddiissttaannccee eettcc.. TThhee rreessuullttss sshhooww tthhaatt ssuucchh ppaarraammeetteerrss aarree
cclloosseellyy ccoorrrreellaattiioonn wwiitthh tthhee ddiimmeennssiioonn nnaattuurree aanndd mmiiccrroossttrruuccttuurree,,.. TThhee sseevveerraall ccooppppeerr ddeeppoossiittiinngg
ffiillmmss wwiitthh hhiigghh aaccccuurraaccyy,, tthhee tthhiicckknneessss ooff aavveerraaggee 11..55 mmmm,, wweerree oobbttaaiinneedd wwiitthh tthhee rreellaattiivveellyy
ooppttiimmiizzeedd ppaarraammeetteerrss.. TThhee ddiimmeennssiioonnaall pprreecciissiioonn iiss aabboouutt 1100±±22 mmmm iinn lleennggtthh aanndd sshhaarrpp aannggllee’’ss
rraaddiiuuss,, rr,, <<22 mmmm iinn bboouunnddaarryy..
SSttuuddiieess hhaavvee sshhoowwnn,, tthhee ffiinnaall aaccccuurraaccyy ooff ppaarrttss ddeeppeenndd oonn tthhee ssiizzee ooff tthhee jjeett nnoozzzzllee aanndd jjeett
ddiissttaannccee bbeeccaauussee ooff tthhee wweellll pprreecciissiioonn ooff eelleeccttrrooffoorrmmiinngg ssppoott ccaann bbee ggaaiinneedd wwiitthh tthhee ssmmaallll ssiizzee ooff jjeett
nnoozzzzllee aanndd sshhoorrtt jjeett ddiissttaannccee.. SSoo--ccaalllleedd pprreecciissiioonn ooff eelleeccttrrooffoorrmmiinngg ssppoott iiss tthhee ccoohheerreennccee ooff tthhee ccaasstt
ssppoott ddiiaammeetteerr aanndd nnoozzzzllee ddiiaammeetteerr.. IInn tthhiiss mmeeaannss,, tthhee hhiigghh ddiimmeennssiioonnaall aaccccuurraaccyy ccaann ggaaiinn wwiitthh tthhee
wweellll pprreecciissiioonn ooff eelleeccttrrooddeeppoossiittiioonn ssppoott..
Materials Science Forum Vol. 682 5

((aa)) ((bb))
FFiigg.. 22.. CCooppppeerr ddeeppoossiittiinngg ffiillmmss:: ((aa)) nnoonnssttaannddaarrdd mmeettaall ggeeaarr aanndd ((bb)) tthhrreeee mmeettaall eexxaammpplleess wwiitthh
ssiimmppllee sshhaarrpp
AAnn aannaallyyssiiss hhaass bbeeeenn uunnddeerrttaakkeenn ccoonncceerrnniinngg tthhee mmoorrpphhoollooggyy ooff ssuurrffaaccee ooff tthhee ccooppppeerr ssaammpplleess..
((FFiigg.. 33)).. MMiiccrrooggrraapphh hhaass iinnddiiccaatteedd tthheerree iiss tthhee ffoorrmmaattiioonn ooff ffiinneerr ggrraaiinnss iinn tthhee ddeeppoossiitt llaayyeerr.. IItt sseeeemmss
aass ccoommppaacctt aanndd ssmmooootthh..

FFiigg.. 33.. SSEEMM mmiiccrrooggrraapphh ooff ddeeppoossiittiinngg llaayyeerr
TThhee ccaallccuu11aattiioonn uussiinngg tthhee SScchheerrrreerr eeqquuaattiioonn oonn bbaassee ooff tthhee XX--rraayy ddiiffffrraaccttiioonn ssppeeccttrruumm ((FFiigg..44))
iinnddiiccaatteess tthhaatt tthhee aavveerraaggee ssiizzee ooff tthhee ccooppppeerr ssppeecciimmeenn aasssseemmbblleedd oonn tthhee ssuubbssttrraatteess iiss aabboouutt 5555..66 nnmm..

FFiigg.. 44.. XXRRDD ppaatttteerrnn ooff ddeeppoossiittiinngg llaayyeerr
6 Nanomaterials and Plastic Deformation
TThhee ggaaiinn ssiizzee iinn ddiiffffeerreenntt ccrryyssttaall ppllaanneess aarree sshhoowweedd iinn TTaabbllee 11..
TTaabbllee 11.. GGaaiizzee ssiizzee iinn ddiiffffeerreenntt ccrryyssttaall ppllaannee
SSaammppllee GGrraaiinn ssiizzee iinn ddiiffffeerreenntt ccrryyssttaall ppllaannee [[nnmm]] GGrraaiinn ssiizzee
((11 11 11)) ((22 00 00)) ((22 22 00)) ((33 11 11))
CCooppppeerr 5555..66
6666..99 4477..88 6666..11 4411..44

FFiigg.. 55 iiss aa mmaaggnniiffiieedd vviieeww ooff FFiigg.. 33 ddiissppllaayyiinngg tthhee ttyyppiiccaall nnaannooccrryyssttaalllliinnee ssttrruuccttuurree.. IItt iiss cclleeaarr sseeeenn
tthhaatt ggrraaiinn ssiizzee vvaarriieess ffrroomm 5500nnmm ttoo 6600nnmm eevvaalluuaattiinngg bbyy tthhee ssttaaffff iinn SSEEMM ggrraapphh.. IItt iiss wweellll ccooiinncciiddee
wwiitthh tthhee rreessuulltt ffrroomm tthhee SScchheerrrreerr eeqquuaattiioonn..

FFiigg..55 SSEEMM mmiiccrrooggrraapphh ooff ddeeppoossiittiinngg llaayyeerr
TThheeoorryy hhaass iilllluummiinnaatteedd tthhaatt ccrryyssttaalllliinnee nnuucclleeuuss ffoorrmmaattiioonn pprroobbaabbiilliittyy,, WW,, iiss rreellaatteedd ttoo tthhee ccaatthhooddee
oovveerr--ppootteennttiiaall,, çç ,, bbyy tthhee ffoolllloowwiinngg EEqq.. 11::
kk
bb
ww == BBeexxpp((−− )) ((11))

ηη22
kk
wwhheerree BB aanndd bb aarree ccoonnssttaanntt.. FFoorr tthhee jjeett eelleeccttrrooddeeppoossiittiioonn,, tthhee iinnccrreeaassiinngg ooff tthhee ccaatthhooddiicc ccuurrrreenntt
ddeennssiittyy rreessuullttss iinn tthhee iinnccrreeaassee ooff tthhee ccaatthhooddee oovveerr--ppootteennttiiaall,, ηη .. OOnn tthhee bbaassiiss ooff EEqq.. 11,, tthhee iinnccrreeaassee ooff
kk
tthhee ccaatthhooddee oovveerr--ppootteennttiiaall,, ηη ,, lleeaaddss ttoo tthhee iinnccrreeaassee ooff ffoorrmmaattiioonn pprroobbaabbiilliittyy,, WW,, ooff tthhee ccrryyssttaalllliinnee
kk
nnuucclleeuuss.. HHeennccee,, wwiitthh tthhee iinnccrreeaassiinngg ooff ccaatthhooddiicc ccuurrrreenntt ddeennssiittyy,, tthhee ggrraaiinn ssiizzee ooff ddeeppoossiitt iiss ddeeccrreeaasseedd..
WWhheerreeaass tthhee lliimmiittiinngg ccuurrrreenntt ddeennssiittyy,, JJ ,, iiss rreellaatteedd ttoo tthhee tthhiicckknneessss ooff tthhee ddiiffffuussiioonn llaayyeerr,, δδ,, bbyy
lliimm
ffoolllloowwiinngg EEqq.. 22::