CN106536772A - 铝合金或该合金组成的扁铝制品应用于铝‑塑料复合构件 - Google Patents

铝合金或该合金组成的扁铝制品应用于铝‑塑料复合构件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种将铝合金用于铝‑塑料复合构件及其制造的用途，其中铝合金具有以下组分：Si:0.05‑0.35重量％、Fe：1.3‑1.75重量％、Cu：≤0.02重量％、Mn：0.015‑0.035重量％、Mg：≤0.003重量％、Cr：≤0.03重量％、Ni:≤0.02重量％、Zn：≤0.03重量％、Ti：≤0.03重量％、杂质单种最多为0.05重量％、总合最多为0.15重量％、剩余为铝。此外，本发明还涉及一种将由这种合金组成的扁铝制品用于铝‑塑料组合构件及其制造的用途。最后，本发明还涉及一种这样的合金以及由这种合金制成的扁铝制品。

Description

铝合金或该合金组成的扁铝制品应用于铝-塑料复合构件
技术领域
本发明涉及一种将铝合金用于铝-塑料复合构件的用途。此外，本发明还涉及一种将由这种合金组成的扁铝制品用于铝-塑料复合构件的用途。此外，本发明还涉及这种合金以及由这种合金制成的扁铝制品。
背景技术
例如为了替代更重的钢模块，铝-塑料复合构件能够特别在汽车领域中作为轻结构部件来使用。
在汽车领域，特别是针对于汽车底盘的应用专门作为用于热屏蔽的覆盖层而使用到由尽可能纯的合金组成的铝箔(例如牌号AA1050)，这些铝箔通过作为增附剂的塑料膜胶合。这些铝箔通常拱顶(kalottiert)和/或开孔地使用。
此外，在较新的复合构件中还为了达到复合构件特定的功能性(例如刚性或隔音性能方面)而使用铝箔。
在汽车领域中起初使用到的是基本上扁平的铝-塑料复合构件，然而随着发展，则制造具有越加复杂的结构的铝-塑料复合构件。这类铝-塑料复合构件的制造因此需要具有部分较高的变形程度的成型步骤。
已证实，目前所使用的铝合金仅有限地适用于这类高变形程度，从而使得能够实现的构件结构受限。
发明内容
因此，本发明的目的由此在于，为了铝-塑料复合构件及其制造而提供一种铝合金或由这种铝合金制成的扁铝制品，通过这些铝-塑料复合构件也能够实现具有有利的机械性能的复杂构件几何结构。
该目的根据本发明通过一种铝合金而达到，其中该铝合金具有以下组分：
Si:0.05-0.35重量％；
Fe：1.3-1.75重量％、优选1.3-1.7重量％、特别是1.6-1.7重量％；
Cu：≤0.02重量％、优选≤0.01重量％；
Mn：0.015-0.035重量％、优选0.025-0.034重量％；
Mg：≤0.003重量％、优选≤0.001重量％；
Cr：≤0.03重量％、优选≤0.02重量％；
Ni:≤0.02重量％；
Zn：≤0.03重量％；
Ti：≤0.03重量％；
杂质：单种最多为0.05重量％、优选最多为0.02重量％，总合最多为0.15重量％、优选最多为0.06重量％；
剩余为铝。
此外，该目的根据本发明还通过一种由这样的合金制成的扁铝制品而达到。
此外，该目的根据本发明还通过一种将铝合金用于铝-塑料复合构件或用于其制造的用途而达到，其中该铝合金包含以下组分：
Si:0.05-0.35重量％；
Fe：1.3-1.75重量％、优选1.3-1.7重量％、特别是1.6-1.7重量％；
Cu：≤0.02重量％、优选≤0.01重量％；
Mn：0.015-0.035重量％、优选0.025-0.034重量％；
Mg：≤0.003重量％、优选≤0.001重量％；
Cr：≤0.03重量％、优选≤0.02重量％；
Ni:≤0.02重量％；
Zn：≤0.03重量％；
Ti：≤0.03重量％；
杂质：单种最多为0.05重量％、优选最多为0.02重量％。总合最多为0.15重量％、优选最多为0.06重量％；
剩余为铝。
已出乎意料地证实了，在相应选择的Si含量以及最小化的Mg含量的条件下，通过高Fe含量而实现了能非常好的可成型的合金，这种合金特别适用于铝-塑料复合构件或适用于其制造。特别是，前述的合金与通常在汽车制造中使用的合金EN AW-1050-A或EN-AW1200相比具有更高的断裂延伸率A100并且因此能够更好地成型。与此同时，前述的合金还具有好的抗腐蚀能力并且能很好地加工。
该铝合金的高断裂延伸率以及因此促成的好的变形能力特别通过在1.3至1.75重量％、优选在1.6至1.7重量％范围内的非常高的Fe含量而实现，其中能够通过1.7重量％的优选的Fe上限值而实现更好的组织结构。通过在0.05至0.35重量％范围内的所需要的Si含量同时还实现了好的抗腐蚀性能。通过Mn含量能够实现合金的更大的强度，然而其代价则是削弱可加工性，因为在合金中更高的Mn含量在温度升高条件下会导致加剧的软化，即，导致作为温度的函数的更陡的软化曲线，从而使得合金的有针对性的热处理更加困难。通过所限定的、在0.015至0.035重量％、优选0.025至0.034重量％范围内的Mn含量能够就此实现好的折衷。
此外，上述目的还根据本发明通过将由前述的合金制成的扁铝制品用于铝-塑料复合构件或其制造的用途而达到。
以这种方式，提供了一种可成型性极好的扁铝制品，该扁铝制品具有非常更好的成型性能并且因此在复合构件的制造中例如能够与塑料层一起成型。特别是可能，在制造过程中使复合构件或该复合构件的成形以整体的形式而成型。
前述的合金或由这种合金制成的扁铝制品因此优选地用于铝-塑料复合构件的制造方法，该制造方法包含至少一个成型步骤、特别是要求扁铝制品的断裂延伸率A100要大于30％的成型步骤。
就此，铝-塑料复合构件理解为一种复合构件，该复合构件包含至少一个铝部件，例如铝层；并且包含至少一个含塑料的部件，例如含塑料的层。
所述含塑料的部件、特别是含塑料的层优选包含作为粘合材料的热塑性塑料。除了塑料以外，含塑料的部件或含塑料的层也可以包含例如无机的填料或纤维这样的其他添加物。
具体实施方式
在下文中，描述了前述的合金、扁铝制品以及前述的用途的其他实施方式，其中这些单个实施方式能够彼此任意地组合并且相互无关地分别既应用于合金、扁铝制品又应用于该合金或扁铝制品的用途。
在一种实施方式中，该铝合金具有1.4-1.7重量％的、优选1.6-1.7重量％的Fe含量。已证实的是，通过这种Fe含量实现了特别好的成型性能。在一种特别适合于较少复杂成型的构件的替代实施方式中，也能够使以成型性能为代价而有利于更高强度的铝合金包含最大1.6重量％的Fe含量、特别是在1.4重量％至1.6重量％的范围内的Fe含量。
在另一种实施方式中，铝合金包含0.15-0.35重量％的Si含量。通过这样的Si含量除了成型性能以外还能够改善合金的抗腐蚀性能。
另一种实施方式涉及到的是在扁铝制品情况下的铝带、铝箔或铝板。这类制品特别适合于包含了一层或多层的铝层的、多层的铝-塑料复合构件的制造。
在另一种实施方式中，扁铝制品具有在0.02mm至0.7mm的范围内的、优选在0.020mm至0.200mm的范围内的、特别是在0.020mm至0.140mm范围内的厚度。该厚度范围在同时优化了重量和材料成本的条件下，赋予了相应的铝-塑料复合构件好的刚性、特别是弯曲刚度和扭转刚度。
在另一种实施方式中，扁铝制品具有以下机械性能(在根据EN546-2的软化状态O下测量)：
抗拉强度Rm：＞95MPa、优选＞100MPa；
屈服极限Rp0.2：＞45MPa以及
断裂延伸率A100：在试样体的厚度为45μm的条件下为＞25％
和/或
在试样体的厚度为100μm的条件下为＞30％、优选＞35％。
抗拉强度Rm、屈服极限Rp0.2以及断裂延伸率A100根据DIN EN ISO 6892-1：2009而确定。
已证实的是，通过前述的合金能够实现上述机械性能，这些机械性特别是由这种合金制成的扁钢制品的良好成型性能的前提。这类扁钢制品因此能够特别应用于铝-塑料复合构件的、包含了具有高变形程度的成型的制造方法，从而以这种方式能够制造出具有复杂的几何结构的铝-塑料复合构件。
在另一种实施方式中，铝合金的Fe含量相对于Si含量的比例在4至10之间，特别是在4至8之间。优选Fe:Si比至少为7。该比例能够从相应的、以重量％计的含量而算出。通过在这个范围内的Fe:Si比而对抗腐蚀性能产生了积极的影响，而不会过度地损害到成型性能。在Fe：Si比小于7时并且特别是小于4时，不再能够实现期望的成型性能。相反，在Fe：Si比大于8并且特别是大于10时，则会导致增大的腐蚀倾向。
在另一种实施方式中，铝合金的Fe含量相对于Mn含量的比例在40至80之间、特别是50至80之间。优选地，Fe：Mn比例最大为60。该比例由相应的、以重量％计的含量而算出。通过在这个范围内的Fe：Mn比例实现了足够强度(Rm)的合金，该合金同时还有很好的可加工性。在Fe:Mn比例小于50并且特别小于40时，达到了合金的软化曲线的更强的陡降，从而使得为了达到特定的强度而进行的既定的热处理变得困难。
实验证明，通过前述的、优选的Fe含量相对于Si含量的比例以及Fe含量相对于Mn含量的比例并且通过将Mg含量限制为0.003重量％、优选0.001重量％，能够可靠地实现扁铝制品的有利的机械性能(Rm＞95MPa、特别是＞100MPa；Rp0.2＞45MPa；在100μm的厚度条件下A100＞30％、特别是＞35％和/或在45μm的厚度条件下A100＞25％)。
在另一种实施方式中，扁铝制品具有在45至90MPa之间的屈服极限Rp0.2。已证实的是，扁铝制品的屈服极限能够通过相应的热处理而调整为这样的有利的数值，即在几乎不改变抗拉强度和断裂延伸率的条件下。这个范围内的屈服极限能够例如通过在195℃至260℃的、特别是195℃至240℃的范围内的温度下以2h的、特别是至少5h的保持时间进行的热处理在所述的合金中达到。
在另一种实施方式中，扁铝制品单面或双面涂覆有黏漆层，优选涂覆有基于环氧树脂的PP黏漆。黏漆层能够例如非常有效地通过卷式涂料法而施加在扁铝制品上。替代性地，也能够通过喷射和浸渍来施加黏漆层。这种黏漆层实现了扁铝制品在铝-塑料复合构件上、特别是在含有塑料的层上更好的粘附。此外，通过黏漆而保护了铝表面不受腐蚀，从而由此实现了协同效应，其中在强化了复合构件的复合性的同时还额外改善了其抗腐蚀性。
优选地，为了黏漆层使用漆料，该漆料通过热、例如通过大于160℃的温度而活化。漆料的活化理解为，将漆料转变至一种状态，在该状态下漆料与其他材料(例如待制造的铝-塑料复合构件的塑料层)接合并且在必要情况下在接下来的冷却中硬化。该漆料特别可以基于热塑性的塑料，这种塑料通过热而软化并且在必要情况下连接并且例如与含有塑料的层接合。这类漆料例如是基于环氧树脂基(环氧树脂系统)的、聚酯基(聚酯系统)或丙烯酸酯基(丙烯酸酯系统)的漆料。这些漆料例如适合于，使扁铝制品在例如由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)或聚烯烃、特别是聚丙烯(PP)组成的塑料层上的附着力得到改善。
扁铝制品、例如具有由能够热活化的黏漆构成的黏漆层的铝板或铝箔能够以有利的方式在可加热的压力机中与一个或多个含有塑料的层挤压成复合构件。在挤压期间，压力机将含有塑料的层或黏漆加热至优选在软化温度以上的温度或者加热至在所使用的塑料的熔融温度以上的温度。以这种方式，塑料和扁铝制品通过黏漆相互接合，以使得复合构件的单个部分上下牢固接合并且因此实现非常稳定的复合构件。
双面覆层的扁铝制品特别实现了具有至少一个位于内部的铝层的复合构件的制造。这种位于内部的铝层能够例如作为蒸汽屏障。
对于这种位于内部的铝层，所述扁铝制品的高成型性能也是有利的，因为这样布置的铝层在复合构件的成型中受到特别强度的负荷。相应地在一种实施方式中铝-塑料复合构件具有至少一个位于内部的铝层。
在另一种实施方式中，黏漆层具有在3至30μm、优选5至10μm范围内的厚度，和/或在3至30g/m2、优选在5至10g/m2、更优选在6至9g/m2范围内的克重。以这样的厚度或克重，在较少消耗黏漆的同时实现了复合构件的铝层与含有塑料的层之间的非常好的粘合。克重就此理解为干燥的黏漆层相对于面积而言的重量(干燥面积重量)。
另一种实施方式涉及到的是在铝-塑料复合构件情况下具有至少一个铝层以及至少一个含有塑料的层的多层复合构件。铝-塑料复合构件能够例如具有多个铝层和多个含有塑料的层，这些层交替地沿堆叠方向上下设置。这类构件的机械性能在较宽范围内能够匹配于相应的使用目的，特别是通过对单个层的数量和布置、含有塑料的层的组成和厚度、铝层的厚度和机械性能、特别是强度进行选择。特别是通过这些复合构件能够在较小重量的同时达到较好的机械性能。
在复合构件中在扁铝制品与塑料之间的较好的粘合这样实现，即，通过使铝-塑料复合构件包含作为塑料的聚丙烯(PP)、特别是具有含PP的层。黏漆相应优选是PP黏漆。
前述的多层的复合构件例如能够这样制造，即，通过使多个单独的层沿堆叠方向上下布置并且随后通过在加热的压力机中相互挤压。优选地，能够在加热的压力机中同时将这些层成型为复合构件的期望的目标几何结构。
优选地，铝-塑料复合构件的至少一个含有塑料的层是含有纤维的层。例如含有塑料的层具有塑料纤维作为粘合剂和/或例如玻璃纤维这样的无机纤维用于增强。这些种类的层在较小密度的同时赋予复合构件高刚性以及好的隔音性能。
在下文中，描述一种用途的其他实施方式1-14以及铝合金的其他实施方式15。下文中的实施方式能够相互结合并且也能够与前述的用途的或铝合金的实施方式结合：
1.将铝合金用于铝-塑料复合构件或者用于其制造的用途，其中铝合金具有以下组分：Si:0.05-0.35重量％、Fe：1.3-1.6重量％、Cu：＜0.02重量％、Mn：0.015-0.035重量％、Mg：＜0.001重量％、Cr：＜0.02重量％、Ni:＜0.02重量％、Zn：＜0.03重量％、Ti：＜0.03重量％、杂质单种最多为0.02重量％、总合最多为0.06重量％、剩余为铝。
2.根据实施方式1所述的用途，其中所述铝合金具有1.4-1.6重量％的Fe含量和/或0.15-0.35重量％的Si含量。
3.根据实施方式1或2所述的用途，其中所述铝合金的Fe含量相对于Si含量的比例在4至8之间。
4.根据实施方式1至3之一所述的用途，其中所述铝合金的Fe含量相对于Mn含量的比例为40至80之间。
5.由对应于实施方式1至4之一相的合金制成的扁铝制品用于铝-塑料复合构件或其制造的用途。
6.根据实施方式5所述的用途，其中，所述扁铝制品涉及到的是铝带、铝箔或铝板。
7.根据实施方式5或6所述的用途，其中所述扁铝制品具有在0.02mm至0.7mm范围内、优选在0.020mm至0.200mm范围内的厚度。
8.根据实施方式5至7之一所述的用途，其中所述扁铝制品具有以下机械性能(在根据EN546-2的软化状态O下测得)：抗拉强度Rm：＞95MPa、优选＞100MPa；屈服极限Rp0.2＞45MPa；以及在试样体的厚度为45μm的条件下A100＞25％和/或在试样体的厚度为100μm的条件下A100＞30％。
9.根据实施方式5至8之一所述的用途，其中所述扁铝制品具有45至90MPa之间的屈服极限Rp0.2。
10.根据实施方式5至9之一所述的用途，其中所述扁铝制品单面或双面涂覆有黏漆层，优选涂覆有基于环氧树脂的PP黏漆。
11.根据实施方式10所述的用途，其中所述黏漆层具有在3至30μm、优选在5至10μm范围内的厚度和/或在5-10g/m2、优选在6-9g/m2的范围内的克重。
12.根据实施方式1至11之一所述的用途，其中所述铝-塑料复合构件是一种具有至少一个铝层和至少一个含有塑料的层(特别是含有PP的层)的多层复合构件。
13.根据实施方式12所述的用途，其中所述铝-塑料复合构件的至少一个含有塑料的层是含有纤维的层。
14.根据实施方式12或13所述的用途，其中所述铝-塑料复合构件具有至少一个位于内部的铝层。
15.一种铝合金，特别是用于铝-塑料复合构件或其制造的铝合金，其中所述铝合金具有以下组分：Si:0.05-0.35重量％、Fe：1.3-1.6重量％、Cu：＜0.02重量％、Mn：0.015-0.035重量％、Mg：＜0.001重量％、Cr：＜0.02重量％、Ni:＜0.02重量％、Zn：＜0.03重量％、Ti：＜0.03重量％、杂质单种最多为0.02重量％、总合最多为0.06重量％、剩余为铝。
在本发明的范围内实施多个试验，这些试验展示了前述的铝合金的或者相应的扁铝制品的性能。
为了这些试验，由在下面的表1中给出的合金1-11铸成铸锭并且对其均质化。这些铸锭首先热轧成具有在4-5mm范围内的厚度的热轧带材并且随后冷轧成具有在30-140μm范围内的最终厚度的冷轧带材。实施方式11是对比合金。由至今仍用于汽车制造的合金AA8079-D、AA8079-L、AA1200和AA1050A以相应的方式制成带材作为额外的对比试验。
表1(所有数值以重量％计)
对于冷轧带材测量出抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2和断裂延伸率(在厚度为≥100μm条件下的A50或者在厚度≤100μm条件下的A100)，即，一次是在轧硬的状态H19(EN 546-2)下以及一次是在以2h的保持时间在280℃下(编号1-4)或260℃下(编号5-11)的热处理之后的软化状态O(EN 546-2)下。结果在表2中给出。
如从下面的表2示出的，与现有技术中的合金相比，利用根据本发明的合金在软化的状态O下实现了明显更高的断裂延伸率并且因此实现了更好的成型性能。此外，试验还证实，根据本发明的合金具有令人满意的抗腐蚀性能并且能够很好地加工。通过具有在7至10的范围内的优选的Fe：Si比例的合金9和10达到了特别好的成果。
表2
由根据本发明的合金制成的前述的软化退火的冷轧带材(状态O)在冷却到室温之后在卷涂法中双面涂覆有基于环氧树脂的PP黏漆，即，涂覆有对于在聚丙烯(PP)上的粘附优化的黏漆并且具体具有在6至9g/m2范围内的克重(在干燥后的漆料的面积重量)。
为了对以这种方式制造的扁铝制品用于铝-塑料复合构件的制造的适合度进行研究，分别对其进行了以下描述的试验：
从覆层的铝带裁切下多个条带并且将这些条带相对于在2mm厚且20mm宽的聚丙烯条带(PP TD20，Chemists’Collective XENON有售,Polen)而封接(siegeln)。为此，将各个覆层的铝条带置于其中一个聚丙烯条带上，从而使铝条带的黏漆层置于聚丙烯条带的一侧。随后，通过从铝条带的一侧、上方的加热到200℃的热合钳以及从聚丙烯条带的一侧、下方的未加热的热合钳以10s用460N的力将铝条带和聚丙烯条带相互挤压(封接)。在试验中，使用的是具有10mm的宽度的热合钳，从而将铝条带与聚丙烯条带通过10mm×20mm大的封接线缝连接起来。
在冷却后，通过剥离试验来检测各个铝条带与聚丙烯条带的复合粘附性。为此目的，将铝条带在封接线缝的一侧沿着封接线缝的其中一个20mm长的侧边棱以180°弯折，并且将聚丙烯条带以及铝条带的已弯折的部分夹入拉力测量装置，通过该拉力测量装置确定出为了使铝条带从聚丙烯条带上剥离而必需的力(剥离力)。就此，(在10mm×20mm的封接线缝宽度的条件下)测得至少90N的、部分甚至为至少120N的数值。
前述的试验显示出，根据本发明的扁铝制品显示出在塑料部件上非常好的粘附力，从而使得这些扁铝制品特别适合于铝-塑料复合构件的制造。

Claims (15)

1.一种将铝合金用于铝-塑料复合构件或者用于铝-塑料复合构件的制造的用途，其特征在于，所述铝合金具有以下组分：
Si:0.05-0.35重量％；
Fe：1.3-1.75重量％、优选1.3-1.7重量％；
Cu：≤0.02重量％、优选≤0.01重量％；
Mn：0.015-0.035重量％、优选0.025-0.034重量％；
Mg：≤0.003重量％；
Cr：≤0.03重量％；
Ni:≤0.02重量％；
Zn：≤0.03重量％；
Ti：≤0.03重量％；
杂质：单种最多为0.05重量％、总合最多为0.15重量％；
剩余为铝。
2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述铝合金具有1.6-1.7重量％的Fe含量和/或0.15-0.35重量％的Si含量。
3.根据权利要求1或2所述的用途，其特征在于，所述铝合金的Fe含量相对于Si含量的比例在4至10之间、优选在7至10之间。
4.根据权利要求1至3之中任意一项所述的用途，其中所述铝合金的Fe含量相对于Mn含量的比例为40至80之间、优选在50至60之间。
5.由对应于权利要求1至4之中任意一项的合金制成的扁铝制品用于铝-塑料复合构件或用于铝-塑料复合构件的制造的用途。
6.根据权利要求5所述的用途，其特征在于，所述扁铝制品涉及铝带、铝箔或铝板。
7.根据权利要求5或6所述的用途，其特征在于，所述扁铝制品具有在0.02mm至0.7mm范围内、优选在0.020mm至0.200mm范围内的厚度。
8.根据权利要求5至7之中任意一项所述的用途，其特征在于，在根据EN546-2的软化状态O下测得所述扁铝制品具有以下机械性能：
抗拉强度Rm：＞95MPa、优选＞100MPa；
屈服极限Rp0.2＞45MPa以及
断裂延伸率A100：在试样体的厚度为45μm的条件下＞25％
和/或
在试样体的厚度为100μm的条件下＞30％、优选大于35％。
9.根据权利要求5至8之中任意一项所的用途，其特征在于，所述扁铝制品具有45至90MPa之间的屈服极限Rp0.2。
10.根据权利要求5至9之中任意一项所述的用途，其特征在于，所述扁铝制品单面或双面涂覆有黏漆层，优选涂覆有基于环氧树脂的PP黏漆。
11.根据权利要求10所述的用途，其特征在于，所述黏漆层具有在3-30μm、优选在5-10μm的范围内的厚度和/或在3至30g/m2、优选在5-10g/m2、更优选在6-9g/m2范围内的克重。
12.根据权利要求1至11之中任意一项所述的用途，其特征在于，所述铝-塑料复合构件是一种多层的复合构件，所述多层的复合构件具有至少一个铝层和至少一个含有塑料的层、特别是含有PP的层。
13.根据权利要求12所述的用途，其特征在于，所述铝-塑料复合构件的至少一个含有塑料的层是含有纤维的层。
14.根据权利要求12或13所述的用途，其特征在于，所述铝-塑料复合构件具有至少一个位于内部的铝层。
15.一种铝合金，特别是用于铝-塑料复合构件或用于所述铝-塑料复合构件的制造的铝合金，其中所述铝合金具有以下组分：
Si:0.05-0.35重量％；
Fe：1.3-1.75重量％、优选1.3-1.7重量％；
Cu：≤0.02重量％、优选≤0.01重量％；
Mn：0.015-0.035重量％、优选0.025-0.034重量％；
Mg：≤0.003重量％；
Cr：≤0.03重量％；
Ni:≤0.02重量％；
Zn：≤0.03重量％；
Ti：≤0.03重量％；
杂质：单种最多为0.05重量％、总合最多为0.15重量％；
剩余为铝。
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