CN110131315A - 一种自润滑合金高耐磨轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自润滑合金高耐磨轴承，包括轴承本体和孔状结构，所述孔状结构分散在轴承本体内部且孔状结构被润滑剂填充；所述自润滑合金高耐磨轴承由如下重量份原料制成：15‑20份镍粉，10‑15份铁粉，20‑30份铜粉，3‑10份硬脂酸锌，10‑15份高性能碳纤维，45‑60份10％稀盐酸，15‑30份四氧化锡，50‑60份15％碳酸钠溶液，3‑10份润滑剂；以高性能碳纤维、铜粉、铁粉等作为原料，该高性能碳纤维表面具有羧基，在作为增强材料与基体复合时能够增强碳纤维与基体的粘结性，使得高性能碳纤维在与其他材料复合时具有良好的粘结效果，既保证了该自润滑合金高耐磨轴承的制备过程能够顺利进行，又赋予其良好的力学强度。

Description

一种自润滑合金高耐磨轴承
技术领域
本发明属于合金制造产品技术领域，具体为一种自润滑合金高耐磨轴承。
背景技术
轴承是工业中使用极为普遍的一类零件。由于传统金属轴承的摩擦系数较大、容异物能力差等缺点，其在高速、重载、边界润滑或无油润滑、高温、高真空、腐蚀介质及粉尘等工况条件下，已难以满足要求。
与金属材料相比，树脂基复合材料具有重量轻、耐腐蚀、良好的自润滑性能及可设计等许多优点，其作为轴承材料使用可以推至上世纪30年代。由于轴承的受力方式与工作条件远比滑动导轨等类似零件恶劣，因此影响树脂基复合材料轴承推广使用的因素主要是长期使用温度、摩擦系数及PV值等。
为提高轴承的力学强度，通常可以采用多层材料复合方法，即采用力学性能优异的金属材料作为基体材料，在其表面涂覆摩擦系数较低的润滑层。其中最典型的是由英国格拉西亚公司创制的三层复合轴承，简称DU。
中国专利CN1422902A涉及到一种工业输送辊道无油润滑轴承；用聚酰亚胺复合材料的制备方法。其按1∶1比例选用了二苯甲酮四羧酸二酐、均苯四羧酸二酐和二胺基二苯甲烷、二胺基二苯基醚作为单体，工艺包括：1.开环加成聚酰胺酸；2.加入固体润滑剂和碳纤维，混合均匀；3.环化脱水、干燥、研成粉末状聚酰亚胺复合粉；其专利提供了一种聚酰亚胺复合粉的新型生产工艺，但并未对其制品的力学性能、摩擦磨损性能进行考察，其作为耐磨轴承部件仍需要进行实际运行评价。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明提供一种自润滑合金高耐磨轴承。以高性能碳纤维、铜粉铁粉等作为原料，高性能碳纤维为经过棕榈酸改性过后的碳纤维，该高性能碳纤维表面具有羧基，在作为增强材料与基体复合时能够增强碳纤维与基体的粘结性，使得高性能碳纤维在与其他材料复合时具有良好的粘结效果，既保证了该自润滑合金高耐磨轴承的制备过程能够顺利进行，又赋予其良好的力学强度。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种自润滑合金高耐磨轴承，包括轴承本体和孔状结构，所述孔状结构分散在轴承本体内部且孔状结构被润滑剂填充；
所述自润滑合金高耐磨轴承由如下重量份原料制成：15-20份镍粉，10-15份铁粉，20-30份铜粉，3-10份硬脂酸锌，10-15份高性能碳纤维，45-60份10％稀盐酸，15-30份四氧化锡，50-60份15％碳酸钠溶液，3-10份润滑剂；
该自润滑合金高耐磨轴承由如下方法制成：
步骤S1、将高性能碳纤维粉碎过100目筛，放入马弗炉中350℃煅烧1h后加入100mL10％氯化钠溶液中，70℃水浴加热2h，之后向氯化钠溶液中加入50mL20％氢氧化钠溶液，升温至80℃，超声，搅拌20min后过滤，转移至烧杯中，用去离子水冲洗，直至溶液呈中性，再次过滤，置于80℃干燥箱中干燥2h后，研磨，过150目筛，制得预处理后的高性能碳纤维；
步骤S2、将10％稀盐酸与四氧化锡在烧杯中混合，匀速搅拌15min，加入步骤S1制得的预处理后的高性能碳纤维，超声震荡15min，控制震荡频率为25KHz，过滤，制得微腐碳纤维，收集滤液，备用；
步骤S3、将镍粉、铁粉、硬脂酸锌和铜粉混合研磨，过100目筛，加入步骤S2制备的微腐碳纤维，注入模具中，在4.5MPa的压力下压制3h，制得坯料，将坯料转移至800℃烧结炉中进行烧结，2h后取出，静置5h，脱模，制得轴承本体；
步骤S4、将轴承本体浸泡在步骤S2滤液中，浸泡3h后转移至15％碳酸钠溶液中，浸泡30min，过滤，80℃干燥箱中干燥30min后转移至润滑剂中，升温至55℃，浸泡45min，制得自润滑合金高耐磨轴承。
进一步地，所述高性能碳纤维由如下重量份原料制成：15-20份碳纤维，35-50份无水乙醇，8-15份棕榈酸，3-5份3％高锰酸钾溶液。
进一步地，所述高性能碳纤维由如下方法制成：
(1)将碳纤维放入装有三分之一无水乙醇的烧杯中，将烧杯置于60℃的水浴锅中，搅拌20min，搅拌结束后将碳纤维取出并置于干燥箱内干燥15min，控制干燥箱温度为60℃；
(2)将棕榈酸加入装有三分之一无水乙醇的烧杯中，对烧杯进行升温至80℃，待棕榈酸溶解后，加入清洗干净的碳纤维和3％高锰酸钾溶液，反应2h后取出碳纤维；
(3)将碳纤维干燥后真空脱水，加入装有剩余无水乙醇的烧杯中，水浴加热至90℃，反应25h，制得所述高性能碳纤维。
碳纤维具有较高的比强度和高模量，热膨胀系数较小而且尺寸稳定，所以一般被用作复合材料的增强材料，但是其表面惰性大、表面能低，缺乏有化学活性的官能团，反应活性较低，所以导致其与基体的粘结性较差，会导致界面中存在较多的缺陷，所以导致了复合材料的力学性能较差，所以本发明在制备了一种高性能碳纤维，通过棕榈酸对碳纤维进行表面改性，将棕榈酸溶解在无水乙醇中，以高猛酸钾作为催化剂，在加热条件下将棕榈酸接枝在碳纤维上，既增加了碳纤维的支链，又将棕榈酸中的羧基接枝在碳纤维表面，赋予碳纤维一种具有活性的官能团，能够增强碳纤维与基体的粘结性，进一步增强增强复合材料的力学性能。
进一步地，所述润滑剂为硬脂酸正丁酯、膨润土润滑脂和复合钙基润滑脂中的一种或几种。
进一步地，步骤S3中烧结方式为：以15℃/min的速度进行升温，升温至800℃，在此温度下保温并烧结2h。
进一步地，所述自润滑合金高耐磨轴承孔隙率为3-50％。
本发明的有益效果：
(1)本发明在制备自润滑合金高耐磨轴承过程中以高性能碳纤维、铜粉铁粉等作为原料，高性能碳纤维为经过棕榈酸改性过后的碳纤维，该高性能碳纤维表面具有羧基，在作为增强材料与基体复合时能够增强碳纤维与基体的粘结性，使得高性能碳纤维在与其他材料复合时具有良好的粘结效果，既保证了该自润滑合金高耐磨轴承的制备过程能够顺利进行，又赋予其良好的力学强度；
(2)本发明在制备自润滑合金高耐磨轴承过程中先将高性能碳纤维通过煅烧等工艺手段进行预处理，是为了防止碳纤维在高温处理中上浆剂分解对碳纤维造成损伤，而且铁粉和镍粉也可以对碳纤维的复合过程起到催化作用，铁元素d层电子壳上有6个电子，镍元素d层电子壳上有8个电子，电子能级不会因为接受碳的电子而改变，因此可以溶解无定型碳，形成固溶体，以有效地提高石墨纤维的机械模量；
(3)本发明制备的自润滑合金高耐磨轴承，不仅具有优异的自润滑性能和良好的耐磨性能，而且抗拉强度与硬度较高，能够满足多种领域的需求。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种自润滑合金高耐磨轴承，包括轴承本体和孔状结构，所述孔状结构分散在轴承本体内部且孔状结构被润滑剂填充；
所述自润滑合金高耐磨轴承由如下重量份原料制成：15-20份镍粉，10-15份铁粉，20-30份铜粉，3-10份硬脂酸锌，10-15份高性能碳纤维，45-60份10％稀盐酸，15-30份四氧化锡，50-60份15％碳酸钠溶液，3-10份硬脂酸正丁酯；
该自润滑合金高耐磨轴承由如下方法制成：
步骤S1、将高性能碳纤维粉碎过100目筛，放入马弗炉中350℃煅烧1h后加入100mL10％氯化钠溶液中，70℃水浴加热2h，之后向氯化钠溶液中加入50mL20％氢氧化钠溶液，升温至80℃，超声，搅拌20min后过滤，转移至烧杯中，用去离子水冲洗，直至溶液呈中性，再次过滤，置于80℃干燥箱中干燥2h后，研磨，过150目筛，制得预处理后的高性能碳纤维；
步骤S2、将10％稀盐酸与四氧化锡在烧杯中混合，匀速搅拌15min，加入步骤S1制得的预处理后的高性能碳纤维，超声震荡15min，控制震荡频率为25KHz，过滤，制得微腐碳纤维，收集滤液，备用；
步骤S3、将镍粉、铁粉、硬脂酸锌和铜粉混合研磨，过100目筛，加入步骤S2制备的微腐碳纤维，注入模具中，在4.5MPa的压力下压制3h，制得坯料，将坯料转移至800℃烧结炉中进行烧结，2h后取出，静置5h，脱模，制得轴承本体；
步骤S4、将轴承本体浸泡在步骤S2滤液中，浸泡3h后转移至15％碳酸钠溶液中，浸泡30min，过滤，80℃干燥箱中干燥30min后转移至硬脂酸正丁酯中，升温至55℃，浸泡45min，制得自润滑合金高耐磨轴承；
所述高性能碳纤维由如下方法制成：
(1)将碳纤维放入装有三分之一无水乙醇的烧杯中，将烧杯置于60℃的水浴锅中，搅拌20min，搅拌结束后将碳纤维取出并置于干燥箱内干燥15min，控制干燥箱温度为60℃；
(2)将棕榈酸加入装有三分之一无水乙醇的烧杯中，对烧杯进行升温至80℃，待棕榈酸溶解后，加入清洗干净的碳纤维和3％高锰酸钾溶液，反应2h后取出碳纤维；
(3)将碳纤维干燥后真空脱水，加入装有剩余无水乙醇的烧杯中，水浴加热至90℃，反应25h，制得所述高性能碳纤维。
实施例2
一种自润滑合金高耐磨轴承，包括轴承本体和孔状结构，所述孔状结构分散在轴承本体内部且孔状结构被润滑剂填充；
所述自润滑合金高耐磨轴承由如下重量份原料制成：15-20份镍粉，10-15份铁粉，20-30份铜粉，3-10份硬脂酸锌，10-15份高性能碳纤维，45-60份10％稀盐酸，15-30份四氧化锡，50-60份15％碳酸钠溶液，3-10份硬脂酸正丁酯；
该自润滑合金高耐磨轴承由如下方法制成：
步骤S1、将高性能碳纤维粉碎过100目筛，放入马弗炉中350℃煅烧1h后加入100mL10％氯化钠溶液中，70℃水浴加热2h，之后向氯化钠溶液中加入50mL20％氢氧化钠溶液，升温至80℃，超声，搅拌20min后过滤，转移至烧杯中，用去离子水冲洗，直至溶液呈中性，再次过滤，置于80℃干燥箱中干燥2h后，研磨，过150目筛，制得预处理后的高性能碳纤维；
步骤S2、将10％稀盐酸与四氧化锡在烧杯中混合，匀速搅拌15min，加入步骤S1制得的预处理后的高性能碳纤维，超声震荡15min，控制震荡频率为25KHz，过滤，制得微腐碳纤维，收集滤液，备用；
步骤S3、将镍粉、铁粉、硬脂酸锌和铜粉混合研磨，过100目筛，加入步骤S2制备的微腐碳纤维，注入模具中，在4.5MPa的压力下压制3h，制得坯料，将坯料转移至800℃烧结炉中进行烧结，2h后取出，静置5h，脱模，制得轴承本体；
步骤S4、将轴承本体浸泡在步骤S2滤液中，浸泡3h后转移至15％碳酸钠溶液中，浸泡30min，过滤，80℃干燥箱中干燥30min后转移至硬脂酸正丁酯中，升温至55℃，浸泡45min，制得自润滑合金高耐磨轴承。
实施例3
一种自润滑合金高耐磨轴承，包括轴承本体和孔状结构，所述孔状结构分散在轴承本体内部且孔状结构被润滑剂填充；
所述自润滑合金高耐磨轴承由如下重量份原料制成：15-20份镍粉，10-15份铁粉，20-30份铜粉，3-10份硬脂酸锌，10-15份高性能碳纤维，45-60份10％稀盐酸，15-30份四氧化锡，50-60份15％碳酸钠溶液，3-10份硬脂酸正丁酯；
该自润滑合金高耐磨轴承由如下方法制成：
步骤S1、将高性能碳纤维粉碎过100目筛，放入马弗炉中350℃煅烧1h后加入100mL10％氯化钠溶液中，70℃水浴加热2h，之后向氯化钠溶液中加入50mL20％氢氧化钠溶液，升温至80℃，超声，搅拌20min后过滤，转移至烧杯中，用去离子水冲洗，直至溶液呈中性，再次过滤，置于80℃干燥箱中干燥2h后，研磨，过150目筛，制得预处理后的高性能碳纤维；
步骤S2、将10％稀盐酸与四氧化锡在烧杯中混合，匀速搅拌15min，加入步骤S1制得的预处理后的高性能碳纤维，超声震荡15min，控制震荡频率为25KHz，过滤，制得微腐碳纤维，收集滤液，备用；
步骤S3、将镍粉、铁粉、硬脂酸锌和铜粉混合研磨，过100目筛，加入步骤S2制备的微腐碳纤维，注入模具中，在4.5MPa的压力下压制3h，制得坯料，将坯料转移至800℃烧结炉中进行烧结，2h后取出，静置5h，脱模，制得轴承本体；
步骤S4、将轴承本体浸泡在步骤S2滤液中，浸泡3h后转移至15％碳酸钠溶液中，浸泡30min，过滤，80℃干燥箱中干燥30min后转移至硬脂酸正丁酯中，升温至55℃，浸泡45min，制得自润滑合金高耐磨轴承。
实施例4
一种自润滑合金高耐磨轴承，包括轴承本体和孔状结构，所述孔状结构分散在轴承本体内部且孔状结构被润滑剂填充；
所述自润滑合金高耐磨轴承由如下重量份原料制成：15-20份镍粉，10-15份铁粉，20-30份铜粉，3-10份硬脂酸锌，10-15份高性能碳纤维，45-60份10％稀盐酸，15-30份四氧化锡，50-60份15％碳酸钠溶液，3-10份硬脂酸正丁酯；
该自润滑合金高耐磨轴承由如下方法制成：
步骤S1、将高性能碳纤维粉碎过100目筛，放入马弗炉中350℃煅烧1h后加入100mL10％氯化钠溶液中，70℃水浴加热2h，之后向氯化钠溶液中加入50mL20％氢氧化钠溶液，升温至80℃，超声，搅拌20min后过滤，转移至烧杯中，用去离子水冲洗，直至溶液呈中性，再次过滤，置于80℃干燥箱中干燥2h后，研磨，过150目筛，制得预处理后的高性能碳纤维；
步骤S2、将10％稀盐酸与四氧化锡在烧杯中混合，匀速搅拌15min，加入步骤S1制得的预处理后的高性能碳纤维，超声震荡15min，控制震荡频率为25KHz，过滤，制得微腐碳纤维，收集滤液，备用；
步骤S3、将镍粉、铁粉、硬脂酸锌和铜粉混合研磨，过100目筛，加入步骤S2制备的微腐碳纤维，注入模具中，在4.5MPa的压力下压制3h，制得坯料，将坯料转移至800℃烧结炉中进行烧结，2h后取出，静置5h，脱模，制得轴承本体；
步骤S4、将轴承本体浸泡在步骤S2滤液中，浸泡3h后转移至15％碳酸钠溶液中，浸泡30min，过滤，80℃干燥箱中干燥30min后转移至硬脂酸正丁酯中，升温至55℃，浸泡45min，制得自润滑合金高耐磨轴承。
对比例1
本对比例与实施例1相比未将高性能碳纤维进行预处理，制备方法如下所示：
步骤S1、将10％稀盐酸与四氧化锡在烧杯中混合，匀速搅拌15min，加入高性能碳纤维，超声震荡15min，控制震荡频率为25KHz，过滤，制得微腐碳纤维，收集滤液，备用；
步骤S2、将镍粉、铁粉、硬脂酸锌和铜粉混合研磨，过100目筛，加入步骤S2制备的微腐碳纤维，注入模具中，在4.5MPa的压力下压制3h，制得坯料，将坯料转移至800℃烧结炉中进行烧结，2h后取出，静置5h，脱模，制得轴承本体；
步骤S3、将轴承本体浸泡在步骤S2滤液中，浸泡3h后转移至15％碳酸钠溶液中，浸泡30min，过滤，80℃干燥箱中干燥30min后转移至硬脂酸正丁酯中，升温至55℃，浸泡45min，制得自润滑合金高耐磨轴承。
对比例2
本对比例与实施例1相比，用碳纤维代替高性能碳纤维，制备方法如下所示：
步骤S1、将碳纤维粉碎过100目筛，放入马弗炉中350℃煅烧1h后加入100mL10％氯化钠溶液中，70℃水浴加热2h，之后向氯化钠溶液中加入50mL20％氢氧化钠溶液，升温至80℃，超声，搅拌20min后过滤，转移至烧杯中，用去离子水冲洗，直至溶液呈中性，再次过滤，置于80℃干燥箱中干燥2h后，研磨，过150目筛，制得预处理后的碳纤维；
步骤S2、将10％稀盐酸与四氧化锡在烧杯中混合，匀速搅拌15min，加入步骤S1制得的预处理后的碳纤维，超声震荡15min，控制震荡频率为25KHz，过滤，制得微腐碳纤维，收集滤液，备用；
步骤S3、将镍粉、铁粉、硬脂酸锌和铜粉混合研磨，过100目筛，加入步骤S2制备的微腐碳纤维，注入模具中，在4.5MPa的压力下压制3h，制得坯料，将坯料转移至800℃烧结炉中进行烧结，2h后取出，静置5h，脱模，制得轴承本体；
步骤S4、将轴承本体浸泡在步骤S2滤液中，浸泡3h后转移至15％碳酸钠溶液中，浸泡30min，过滤，80℃干燥箱中干燥30min后转移至硬脂酸正丁酯中，升温至55℃，浸泡45min，制得自润滑合金高耐磨轴承。
对比例3
本对比例为市场中一种自润滑合金高耐磨轴承。
对实施例1-4与对比例1-3制备的自润滑合金高耐磨轴承的磨损性能、抗拉强度与硬度进行检测测试结果如下表1所示；
表1
从上表中能够看出实施例1-4制备的自润滑合金高耐磨轴承磨损量在0.017-0.020(mm)之间，对比例1-3的磨损量在0.023-0.038(mm)之间；实施例1-4制备的自润滑合金高耐磨轴承抗拉强度在370-388MPa范围内，对比例1-3抗拉强度在180-350MPa范围内；实施例1-4制备的自润滑合金高耐磨轴承硬度在210-220HB范围内，对比例1-3硬度在80-120HB范围内；所以本发明制备的自润滑合金高耐磨轴承不仅具有良好的耐磨性能和抗拉强度而且硬度较高，能够满足多种领域的需求。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种自润滑合金高耐磨轴承，其特征在于，包括轴承本体和孔状结构，所述孔状结构分散在轴承本体内部且孔状结构被润滑剂填充；
所述自润滑合金高耐磨轴承由如下重量份原料制成：15-20份镍粉，10-15份铁粉，20-30份铜粉，3-10份硬脂酸锌，10-15份高性能碳纤维，45-60份10％稀盐酸，15-30份四氧化锡，50-60份15％碳酸钠溶液，3-10份润滑剂；
该自润滑合金高耐磨轴承由如下方法制成：
步骤S1、将高性能碳纤维粉碎过100目筛，放入马弗炉中350℃煅烧1h后加入100mL10％氯化钠溶液中，70℃水浴加热2h，之后向氯化钠溶液中加入50mL20％氢氧化钠溶液，升温至80℃，超声，搅拌20min后过滤，转移至烧杯中，用去离子水冲洗，直至溶液呈中性，再次过滤，置于80℃干燥箱中干燥2h后，研磨，过150目筛，制得预处理后的高性能碳纤维；
步骤S2、将10％稀盐酸与四氧化锡在烧杯中混合，匀速搅拌15min，加入步骤S1制得的预处理后的高性能碳纤维，超声震荡15min，控制震荡频率为25KHz，过滤，制得微腐碳纤维，收集滤液，备用；
步骤S3、将镍粉、铁粉、硬脂酸锌和铜粉混合研磨，过100目筛，加入步骤S2制备的微腐碳纤维，注入模具中，在4.5MPa的压力下压制3h，制得坯料，将坯料转移至800℃烧结炉中进行烧结，2h后取出，静置5h，脱模，制得轴承本体；
步骤S4、将轴承本体浸泡在步骤S2滤液中，浸泡3h后转移至15％碳酸钠溶液中，浸泡30min，过滤，80℃干燥箱中干燥30min后转移至润滑剂中，升温至55℃，浸泡45min，制得自润滑合金高耐磨轴承。
2.根据权利要求1所述的一种自润滑合金高耐磨轴承，其特征在于，所述高性能碳纤维由如下重量份原料制成：15-20份碳纤维，35-50份无水乙醇，8-15份棕榈酸，3-5份3％高锰酸钾溶液。
3.根据权利要求1所述的一种自润滑合金高耐磨轴承，其特征在于，所述高性能碳纤维由如下方法制成：
(1)将碳纤维放入装有三分之一无水乙醇的烧杯中，将烧杯置于60℃的水浴锅中，搅拌20min，搅拌结束后将碳纤维取出并置于干燥箱内干燥15min，控制干燥箱温度为60℃；
(2)将棕榈酸加入装有三分之一无水乙醇的烧杯中，对烧杯进行升温至80℃，待棕榈酸溶解后，加入清洗干净的碳纤维和3％高锰酸钾溶液，反应2h后取出碳纤维；
(3)将碳纤维干燥后真空脱水，加入装有剩余无水乙醇的烧杯中，水浴加热至90℃，反应25h，制得所述高性能碳纤维。
4.根据权利要求1所述的一种自润滑合金高耐磨轴承，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸正丁酯、膨润土润滑脂和复合钙基润滑脂中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种自润滑合金高耐磨轴承，其特征在于，步骤S3中烧结方式为：以15℃/min的速度进行升温，升温至800℃，在此温度下保温并烧结2h。
6.根据权利要求1所述的一种自润滑合金高耐磨轴承，其特征在于，所述自润滑合金高耐磨轴承孔隙率为3-50％。
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