CN111441047A - 一种石墨烯/金属基复合触头材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯/金属基复合触头材料及其制备方法和应用，通过激光法在金属基表面生成石墨烯薄膜和富碳固溶体，从而赋予复合触头材料接触界面高热导率、高电导率的物理性质和优异的机械性能，弥补了合金材料的缺点，并在工程领域更大化石墨烯特殊性能的应用。激光原位生长的石墨烯受损后，快速凝固形成的亚稳态过饱和固溶体中的碳源在热量及亚稳态趋于稳定转变的双重驱动下，析出表面，重新成膜，弥补磨损区域，形成原位自修复的机制。本发明提高了触头材料抗电弧烧蚀能力、抗熔焊能力；采用自修复机制为不便拆解的精密设备中出现的触头材料磨损提供了保障。为轨道交通和电气设备的升级改造提供理论依据和经验指导。

Description

一种石墨烯/金属基复合触头材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于低压电气设备技术领域，具体涉及一种石墨烯/金属基复合触头材料及其制备方法和应用。
背景技术
电触头是电器开关、仪器组件等的接触元件，作用包括负载电流，接通、分断电流等作用。触头材料的性能与服役情况，直接决定了电气开关的开端能力、接触安全和可靠性等，进而影响配电系统的实际工况和使用寿命。轨道交通牵引动力系统的开关器件下端负载高达数百千瓦的大型牵引机组，其关键部件触头材料面临着电弧开断难度大、电弧烧蚀严重等巨大挑战。地铁、高铁中的大型牵引机组所采用的空气直流开关，由于直流开关的伏安特性，使得电弧稳定性增强，电弧和关断后的电流产生焦耳热，很容易造成触头材料的烧蚀和熔焊、蒸发。而电弧对触头产生的烧蚀破坏将会造成电气开关的失效，从而影响高铁、地铁等牵引机组的稳定运作。因此，开发一种新型的耐电弧烧蚀的复合电触头材料对我国低压电气行业发展将大有裨益。
在低压配电系统中，其触头材料主要为银基合金。银具有高导电、高导热的性能，但存在熔点低、杨氏模量低等缺点。采用合金化的方法可以提高银基触头的机械性能，但同时又会牺牲部分银优异的导电、导热性能。而石墨烯作为新兴材料，其超高的杨氏模量、电导率和热导率，为同时满足机械、导热、导电性能的银基触头材料提供了切实可行的解决方案。已有的技术表明，将石墨烯作为原材料添加剂的方法可以提高触头材料的电学和热学性能，但此种方法并不能石墨烯的性能利用率最大化，因此开发一种工业化的原位制备的高性能、长寿命的石墨烯/银基复合触头材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种石墨烯/金属基复合触头材料及其制备方法和应用，解决了银基触头材料在服役过程中因直流开关中的电弧、动静触头摩擦造成的烧蚀和机械磨损，提高了直流开关关键零部件触头材料的使用寿命，在无需解体的情况下达到在线修复目的，最终实现降低加工成本，增加电气设备使用寿命的目的。
本发明采用以下技术方案：
一种石墨烯/金属基复合触头材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、在触头材料表面预置厚度50～500μm的纯镍粉，通过激光合金化制备镍/触头材料过渡涂层；
S2、在步骤S1制备的镍/触头材料过渡涂层表面预置厚度5～50μm的石墨粉，采用高功率连续激光辐照预置的石墨粉，激光关闭后在金属表明原位生长出石墨烯形成石墨烯/金属基复合材料。
具体的，步骤S1中，镍粉的粒径为1～100μm。
具体的，步骤S1中，触头材料包括银氧化物合金、银镍合金、银碳合金、银钨合金和/或银钨碳合金。
具体的，步骤S1中，激光合金制备镍/触头材料过渡涂层的激光光斑直径为30～60μm，激光功率密度为(1～10)×103W/cm2，扫描速度为10～100mm/s。
进一步的，采用二氧化碳激光器、光纤激光器或半导体激光器。
具体的，步骤S2中，石墨粉的粒径为30～100nm。
具体的，步骤S2中，激光辐照的时间为1～5s，激光光斑直径为30～60μm，激光功率密度为(10～100)×103W/cm2，扫描速度为10～100mm/s。
进一步的，高功率连续激光为二氧化碳激光器、光纤激光器或半导体激光器。
本发明的另一个技术方案是，一种根据所述方法制备的石墨烯/金属基复合触头材料。
本发明的另一个技术方案是，一种根据所述方法制备的石墨烯/金属基复合触头材料在低压直流空气开关中的应用。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种石墨烯/金属基复合触头材料的制备方法，选取镍过渡涂层能够与碳能形成固溶体，且碳能形成单独的相析出，为石墨烯再次生长提供碳源，高功率连续激光可以在短时间内将银基合金基底加热到自身熔点，形成熔池，是一种高效的热加工手段，激光原位生长的石墨烯厚度可以通过激光参数和石墨涂层进行精确控制，是一种稳定、可控的制备方法，通过在电弧产生高温的驱动下，促进金属基底中的碳源往破损表面析出，形成新的石墨烯，是一种原位自修复的机制，大大提高开关器件的使用寿命。
进一步的，微米级的镍粉不易团聚，可以更好地进行预涂，粒径超过100μm后将会产生孔隙，在设置镍粉粒径范围内可得到高质量的镍过渡层。
进一步的，目前低压领域常用的银合金即为所设置的5类银合金，本发明可以提高目前市面上通用的银基触头材料的使用性能和寿命。
进一步的，设置的激光合金化参数范围内可实现快速熔化银合金基底和预置的镍粉，形成熔池，银合金和镍重熔形成合金涂层。
进一步的，设置的石墨粉粒径更容易溶解到镍过渡层中，获得更高的过饱和固溶度，为石墨烯的二次生长提供大量的备用碳源。
进一步的，设置的激光原位生长石墨烯的参数范围内可实现快速熔化镍/银合金，形成熔池，碳粉溶解进熔池，与镍形成固溶体，激光关闭后，碳再析出表面形成石墨烯薄膜。
本发明还提供了一种石墨烯/金属基复合触头材料，设计了原位自修复石墨烯/富碳金属基复合触头材料体系，新型复合材料体系充分发挥了全覆盖石墨烯膜高电导率、高热导率、高杨氏模量的优异性能，并且其“零摩擦”的特点，使其具有超高的抗熔焊能力、抗电弧烧蚀能力和抗摩擦能力，银基合金触头提供了可靠的抗烧蚀性能和耐磨性，尤其在大型电气设备无法拆解修理以及更换零件的情况下，利用上述技术修复电弧烧蚀损伤与机械损伤，从而在无需拆解的情况下达到在线修复目的，最终实现降低加工成本，增加机组寿命与稳定性的目的，为我国电气设备升级改造提供实验基础。
综上所述，本发明涉及的新型复合材料体系充分发挥了石墨烯优异的电学、热学、机械性能，使得银基合金触头材料同时具备高导热性、高机械性能、抗电弧烧蚀能力和耐摩擦能力，在无需拆解设备的情况下实现破损后的自修复，最终实现降低加工成本，增加电气设备使用寿命的目的。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为激光合金化和激光制备石墨烯示意图，其中，(a)为激光合金化和(b)为激光原位制备石墨烯示意图；
图2为激光合金化涂层和截面图，其中，(a)为实施例1镍过渡涂层实物照片，(b)为实施例2镍过渡涂层实物照片，(c)为实施例3镍过渡涂层实物照片；(d)为实施例1重熔层厚度扫描电镜照片，(e)为实施例2重熔层厚度扫描电镜照片，(f)为实施例3重熔层厚度扫描电镜照片；
图3为石墨烯形貌和结构表征，其中，(a)为光学显微镜照片、(b)为扫描电镜照片、(c)为透射电镜照片、(d)为拉曼光谱结果：石墨烯生长的形貌和结构图。
具体实施方式
本发明提供了一种石墨烯/金属基复合触头材料及其制备方法，采用激光合金化手段在银基触头材料表面制备镍过渡层，再采用激光法原位生长石墨烯薄膜，同时镍过渡层基底内部渗入大量的碳源，激光原位生长石墨烯薄膜一旦受损，激光加工中快速凝固形成的亚稳态过饱和固溶体中的碳源在电弧热量及亚稳态趋于稳定转变的双重驱动下，析出表面，重新成膜，弥补磨损区域，形成原位自修复的机制。本发明复合材料体系充分发挥了石墨烯高熔点、高热导率、高电导率及低摩擦系数的优点，并且在激光重熔后可大幅提高触头材料机械强度和抗电弧烧蚀能力，均为减少电气设备中触头材料烧蚀、磨损提供了可靠保障。
本发明一种石墨烯/金属基复合触头材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、在触头材料表面预置纯镍粉，通过激光合金化手段制备镍/触头材料过渡涂层，如图1(a)所示。
其中，触头材料包括银氧化物合金、银镍合金、银碳合金、银钨合金、银钨碳合金。
预置的镍粉粒径为1～100μm，预置层为50～500μm。
激光合金化手段采用二氧化碳激光器、光纤激光器或半导体激光器。
合金化工艺参数为：激光光斑直径30～60μm，激光功率密度(1～10)×103W/cm2，扫描速度10～100mm/s。
S2、在镍/触头材料表面预置石墨粉，采用高功率连续激光辐照石墨粉1～5s，当激光关闭后，即刻在金属表明原位生长出石墨烯，形成石墨烯/金属复合材料，如图1(b)所示。
其中，预置的石墨粉粒径为30～100nm，预置层厚度为5～50μm。
高功率连续激光为二氧化碳激光器、光纤激光器或半导体激光器，公里为5000W以上。
激光生长石墨烯工艺参数为：激光光斑直径30～60μm，激光功率密度(10～100)×103W/cm2，扫描速度10～100mm/s。
本发明制备的石墨烯/金属基复合触头材料具有高熔点、高导热、高导电、高热稳定性、高机械强度等特性，可以显著提高触头材料的抗熔焊性能、抗电弧烧蚀性能、抗摩擦磨损性能，同时可以实现原位自修复，大幅提升开关触头的使用寿命。
本发明制备的触头材料能够应用在低压电气领域中的开关器件中，例如断路器、继电器等。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
利用半导体激光在AgNi10合金上制备镍过渡层，再采用半导体激光在Ni/AgNi10表面原位制备石墨烯。
制备步骤如下：
(1)半导体激光制备镍合金层
利用高功率连续的半导体激光(波长为1080nm，最高功率为6000W)辐照在预置了50μm镍粉的AgNi10合金表面，其中AgNi10的尺寸为50×50×5mm3。激光合金化工艺参数为：光斑直径60μm、功率密度103W/cm2、扫描速度10mm/s。制备的镍过渡涂层，见附图2(a)和(d)。
(2)半导体激光原位制备石墨烯
利用高功率连续的半导体激光(波长为1080nm，最高功率为6000W)辐照在预涂了5μm石墨粉末的Ni/AgNi10表面。激光工艺参数为：光斑直径60μm、功率密度10×103W/cm2、扫描速度10mm/s。制备的石墨烯薄膜用光学显微镜、扫描电镜、拉曼光谱和透射电镜进行表征，是多层石墨烯，如图3所示。
实施例2
利用CO2激光在AgNi10合金上制备镍过渡层，再采用CO2激光在Ni/AgNi10表面原位制备石墨烯。
制备步骤如下：
(1)CO2激光制备镍合金层
利用高功率连续的CO2激光(波长为900nm，最高功率为10000W)辐照在预置了200μm镍粉的AgNi10合金表面，其中AgNi10的尺寸为50×50×5mm3。激光合金化工艺参数为：光斑直径30μm、功率密度10×103W/cm2、扫描速度100mm/s。制备的镍过渡涂层，见附图2(b)和(e)。
(2)CO2激光原位制备石墨烯
利用高功率连续的CO2激光(波长为900nm，最高功率为10000W)辐照在预涂了25μm石墨粉末的Ni/AgNi10表面。激光工艺参数为：光斑直径30μm、功率密度25×103W/cm2、扫描速度10mm/s。制备的石墨烯薄膜用扫描电镜、拉曼光谱和透射电镜进行表征，是多层石墨烯。
实施例3
利用半导体激光在AgC合金上制备镍过渡层，再采用半导体激光在Ni/AgC表面原位制备石墨烯。
制备步骤如下：
(1)半导体激光制备镍合金层
利用高功率连续的半导体激光(波长为1080nm，最高功率为6000W)辐照在预置了500μm镍粉的AgC合金表面，其中AgC的尺寸为50×50×5mm3。激光合金化工艺参数为：光斑直径60μm、功率密度10×103W/cm2、扫描速度100mm/s。制备的镍过渡涂层，见附图2(c)和(f)。
(2)半导体激光原位制备石墨烯
利用高功率连续的半导体激光(波长为1080nm，最高功率为6000W)辐照在预涂了50μm石墨粉末的Ni/AgC表面。激光工艺参数为：光斑直径60μm、功率密度100×103W/cm2、扫描速度10mm/s。制备的石墨烯薄膜用光学显微镜、扫描电镜、拉曼光谱和透射电镜进行表征，是多层石墨烯。
实施例4
利用光纤激光在AgC合金上制备镍过渡层，再采用光纤激光在Ni/AgC表面原位制备石墨烯。
制备步骤如下：
(1)光纤激光制备镍合金层
利用高功率连续的光纤激光(波长为1060nm，最高功率为5000W)辐照在预置了100μm镍粉的AgC合金表面，其中AgC的尺寸为50×50×5mm3。激光合金化工艺参数为：光斑直径40μm、功率密度2×103W/cm2、扫描速度20mm/s。制备的镍过渡涂层。
(2)光纤激光原位制备石墨烯
利用高功率连续的光纤激光(波长为1060nm，最高功率为5000W)辐照在预涂了20μm石墨粉末的Ni/AgC表面。激光工艺参数为：光斑直径40μm、功率密度20×103W/cm2、扫描速度50mm/s。制备的石墨烯薄膜用光学显微镜、扫描电镜、拉曼光谱和透射电镜进行表征，是多层石墨烯。
实施例5
利用光纤激光在AgNi30合金上制备镍过渡层，再采用光纤激光在Ni/AgNi30表面原位制备石墨烯。
制备步骤如下：
(1)光纤激光制备镍合金层
利用高功率连续的光纤激光(波长为1060nm，最高功率为5000W)辐照在预置了100μm镍粉的AgNi30合金表面，其中AgNi30的尺寸为50×50×5mm3。激光合金化工艺参数为：光斑直径50μm、功率密度7×103W/cm2、扫描速度30mm/s。制备的镍过渡涂层。
(2)光纤激光原位制备石墨烯
利用高功率连续的光纤激光(波长为1060nm，最高功率为5000W)辐照在预涂了35μm石墨粉末的Ni/AgNi30表面。激光工艺参数为：光斑直径50μm、功率密度35×103W/cm2、扫描速度10mm/s。制备的石墨烯薄膜用光学显微镜、扫描电镜、拉曼光谱和透射电镜进行表征，是多层石墨烯。
实施例6
利用半导体激光在AgCW合金上制备镍过渡层，再采用半导体激光在Ni/AgCW表面原位制备石墨烯。
制备步骤如下：
(1)半导体激光制备镍合金层
利用高功率连续的半导体激光(波长为1080nm，最高功率为6000W)辐照在预置了200μm镍粉的AgCW合金表面，其中AgCW的尺寸为50×50×5mm3。激光合金化工艺参数为：光斑直径40μm、功率密度5×103W/cm2、扫描速度50mm/s。制备的镍过渡涂层。
(2)半导体激光原位制备石墨烯
利用高功率连续的半导体激光(波长为1080nm，最高功率为6000W)辐照在预涂了30μm石墨粉末的Ni/AgCW表面。激光工艺参数为：光斑直径40μm、功率密度30×103W/cm2、扫描速度80mm/s。制备的石墨烯薄膜用光学显微镜、扫描电镜、拉曼光谱和透射电镜进行表征，是多层石墨烯。
上述六个实施例采用了不同的激光器在不同的触头材料表面均成功制备出了石墨烯薄膜，并将碳源引入触头材料基底中。在表面石墨烯薄膜破损后，触头材料使用中电弧产生的热量促使金属基底中的碳源析出表面，形成新的石墨烯继续保护触头材料。
本发明具有如下优点：
1、涂层与金属基底冶金结合，膜基结合力强；
2、接触表面是具有高热导率、高熔点、低摩擦系数的石墨烯薄膜，不仅可以快速散发热量从而抗电弧烧蚀，还使触头材料本身具有更高耐磨性；
3、当石墨烯在长时间机械磨损、电弧烧蚀下发生了破损后，金属基底中的碳源可以源源不断析出表面，为抗电弧烧蚀、提高合金机械性能提供持久性保障。
综上所述，本发明设计的石墨烯/金属基复合触头材料中，石墨烯将作为独立涂层完全覆盖于银基合金表面，直接承担电弧烧蚀、电流焦耳热、机械摩擦/疲劳等损伤。同时在基底中加入镍元素，一方面可以作为石墨烯生长的催化剂，另一方面可以增加银基合金的机械性能，在镍过渡层中存在大量碳源。当表面石墨烯因电弧烧蚀后，电弧的热作用，镍过渡层中碳源继续从表面析出，形成原位自修复石墨烯膜，弥补破损区域，可以实现在不拆卸整机的前提下修复关键零部件，大大提升了整机的使用寿命。本发明的材料体系和制备方法将大力提升我国电气行业自主研发高端电触头产品的能力，促进电气行业低压开关电器的更新换代。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种石墨烯/金属基复合触头材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在触头材料表面预置厚度50～500μm的纯镍粉，通过激光合金化制备镍/触头材料过渡涂层；
S2、在步骤S1制备的镍/触头材料过渡涂层表面预置厚度5～50μm的石墨粉，采用高功率连续激光辐照预置的石墨粉，激光关闭后在金属表明原位生长出石墨烯形成石墨烯/金属基复合材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，镍粉的粒径为1～100μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，触头材料包括银氧化物合金、银镍合金、银碳合金、银钨合金和/或银钨碳合金。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，激光合金制备镍/触头材料过渡涂层的激光光斑直径为30～60μm，激光功率密度为(1～10)×103W/cm2，扫描速度为10～100mm/s。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用二氧化碳激光器、光纤激光器或半导体激光器。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，石墨粉的粒径为30～100nm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，激光辐照的时间为1～5s，激光光斑直径为30～60μm，激光功率密度为(10～100)×103W/cm2，扫描速度为10～100mm/s。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，高功率连续激光为二氧化碳激光器、光纤激光器或半导体激光器。
9.一种根据权利要求1所述方法制备的石墨烯/金属基复合触头材料。
10.一种根据权利要求1所述方法制备的石墨烯/金属基复合触头材料在低压直流空气开关中的应用。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112553515A (zh) * 2020-11-12 2021-03-26 广西友合金属材料科技有限公司 一种石墨烯掺杂铝合金导线的制备方法
CN113005402A (zh) * 2021-02-22 2021-06-22 陕西科技大学 一种基于管式炉加热的石墨烯/金属基复合触头的制备方法
CN113000859A (zh) * 2021-02-24 2021-06-22 武汉大学 一种用于粉末床激光熔融增材制造的3d石墨烯原位自生装置
CN113481461A (zh) * 2021-05-27 2021-10-08 陕西科技大学 激光在等离子体合金化触头表面原位生长石墨烯的方法
CN114032539A (zh) * 2021-10-21 2022-02-11 国网内蒙古东部电力有限公司兴安供电公司 一种石墨烯增强紫铜触头材料的制备方法
CN114289711A (zh) * 2021-12-30 2022-04-08 广东工业大学 一种石墨烯包覆金属材料的制备方法及其制备系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102965664A (zh) * 2012-11-27 2013-03-13 大连理工大学 石墨烯增强镍基复合涂层材料及其激光熔覆工艺
CN103508450A (zh) * 2013-09-11 2014-01-15 清华大学 一种大面积、可图案化石墨烯的激光制备方法
CN104995725A (zh) * 2012-11-22 2015-10-21 阿本戈太阳能新技术公司 用于形成电触点的方法以及通过这种方法形成的触点
CN105734561A (zh) * 2016-04-08 2016-07-06 北京航空航天大学 一种在医用镍钛合金表面原位生长的石墨烯薄膜及其制备方法
US20190210879A1 (en) * 2016-09-21 2019-07-11 Yazaki Corporation Electrical contact, connector, and method for producing electrical contact

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104995725A (zh) * 2012-11-22 2015-10-21 阿本戈太阳能新技术公司 用于形成电触点的方法以及通过这种方法形成的触点
CN102965664A (zh) * 2012-11-27 2013-03-13 大连理工大学 石墨烯增强镍基复合涂层材料及其激光熔覆工艺
CN103508450A (zh) * 2013-09-11 2014-01-15 清华大学 一种大面积、可图案化石墨烯的激光制备方法
CN105734561A (zh) * 2016-04-08 2016-07-06 北京航空航天大学 一种在医用镍钛合金表面原位生长的石墨烯薄膜及其制备方法
US20190210879A1 (en) * 2016-09-21 2019-07-11 Yazaki Corporation Electrical contact, connector, and method for producing electrical contact

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112553515A (zh) * 2020-11-12 2021-03-26 广西友合金属材料科技有限公司 一种石墨烯掺杂铝合金导线的制备方法
CN113005402A (zh) * 2021-02-22 2021-06-22 陕西科技大学 一种基于管式炉加热的石墨烯/金属基复合触头的制备方法
CN113000859A (zh) * 2021-02-24 2021-06-22 武汉大学 一种用于粉末床激光熔融增材制造的3d石墨烯原位自生装置
CN113481461A (zh) * 2021-05-27 2021-10-08 陕西科技大学 激光在等离子体合金化触头表面原位生长石墨烯的方法
CN114032539A (zh) * 2021-10-21 2022-02-11 国网内蒙古东部电力有限公司兴安供电公司 一种石墨烯增强紫铜触头材料的制备方法
CN114032539B (zh) * 2021-10-21 2024-03-22 国网内蒙古东部电力有限公司兴安供电公司 一种石墨烯增强紫铜触头材料的制备方法
CN114289711A (zh) * 2021-12-30 2022-04-08 广东工业大学 一种石墨烯包覆金属材料的制备方法及其制备系统
CN114289711B (zh) * 2021-12-30 2023-05-02 广东工业大学 一种石墨烯包覆金属材料的制备方法及其制备系统

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