CN111705290B - 一种耐腐蚀铝合金型材 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐腐蚀铝合金型材,属于金属材料制造技术领域,一种耐腐蚀铝合金型材,可以实现一方面对铝合金基体的原料进行改进,优化不同成分之间的配比和组合,整体增强铝合金基体的强度和耐腐蚀性,并通过在铝合金基体表面上覆盖上纳米陶瓷涂层的方式进一步对铝合金基体进行保护,另一方面创新性的在铝合金基体内引入内嵌修复棒,提高铝合金基体强度的同时可以消除部分内应力,并且在纳米陶瓷涂层出现腐蚀或者破损现象时,利用设置的易腐蚀部件触发内嵌修复棒的修复动作,基于磁吸作用将修复磁球主动吸附至腐蚀或破损处展开修复,避免进一步腐蚀或破损,适用于多种腐蚀条件下的自修复,有效提高铝合金基体的耐腐蚀性,延长其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料制造技术领域,更具体地说,涉及一种耐腐蚀铝合金型材。
背景技术
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。因其密度低,强度比较高,接近或超过优质钢,塑性好,具有优良的导电性、导热性、抗蚀性等性能,可加工成各种型材,广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面。
铝合金的表面暴露在大气中时,会在其表面覆盖一层很薄的自然氧化膜,但是由于其表面的自然氧化膜很容易被腐蚀,从而大大降低了铝合金材料的使用寿命。因此,通常会对铝合金型材进行表面处理,现有的铝合金型材表面处理工艺有阳极氧化、电解着色、电泳涂漆、粉末喷涂、氟碳漆喷涂、拉丝等,这些表面处理工艺均起到一定的耐腐蚀效果,但是随着人们对铝合金型材的性能要求的提高,现有的铝合金型材在耐腐蚀性与强度上利用原料改进的方式进行提高,虽然在一定程度上改善强度不够和电化学腐蚀的现象,但是铝合金型材在实际使用过程中还存在其它多种腐蚀形式。
1、点腐蚀点腐蚀又称为孔腐蚀,在金属上产生针尖状、点状、孔状的一种为局部的腐蚀形态。点腐蚀是阳极反应的一种独特形式,是一种自催化过程,即点腐蚀孔内的腐蚀过程造成的条件既促进又足以维持腐蚀的继续进行。
2、均匀腐蚀铝在磷酸与氢氧化钠等溶液中,其上的氧化膜会溶解,发生均匀腐蚀,溶解速度也是均匀的。溶液温度升高,溶质浓度加大,促进铝的腐蚀。
3、缝隙腐蚀缝隙腐蚀是一种局部腐蚀。金属部件在电解质溶液中,由于金属与金属或金属与非金属之间形成缝隙,其宽度足以使介质浸入而又使介质处于一种停滞状态,使得缝隙内部腐蚀加剧的现象称为缝隙腐蚀。
4、应力腐蚀开裂(SCC)铝合金的SCC是在20世纪30年代初发现的。金属在应力(拉应力或内应力)和腐蚀介质的联合作用下所发生的-种破坏,被称为SCC。SCC的特征是形成腐蚀机械裂缝,既可以沿着晶界发展,也可以穿过晶粒扩展。由于裂缝扩展是在金属内部,会使金属结构强度大大下降,严重时会发生突然破坏。SCC在一定的条件下才会发生,它们是一定的拉应力或金属内部有残余应力。
因此单单从原料上进行耐腐蚀上的改良难以适用于不同条件下的腐蚀现象,严重制约铝合金型材在不同领域的广泛应用。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种耐腐蚀铝合金型材,它可以实现一方面对铝合金基体的原料进行改进,优化不同成分之间的配比和组合,整体增强铝合金基体的强度和耐腐蚀性,并通过在铝合金基体表面上覆盖上纳米陶瓷涂层的方式进一步对铝合金基体进行保护,另一方面创新性的在铝合金基体内引入内嵌修复棒,提高铝合金基体强度的同时可以消除部分内应力,并且在纳米陶瓷涂层出现腐蚀或者破损现象时,利用设置的易腐蚀部件触发内嵌修复棒的修复动作,基于磁吸作用将修复磁球主动吸附至腐蚀或破损处展开修复,避免进一步腐蚀或破损,适用于多种腐蚀条件下的自修复,有效提高铝合金基体的耐腐蚀性,延长其使用寿命。
2.技术方案
为解决上述问题,本发明采用如下的技术方案。
一种耐腐蚀铝合金型材,包括铝合金基体和覆盖于铝合金基体外表面上的纳米陶瓷涂层,所述铝合金基体内镶嵌连接有多个均匀分布的内嵌修复棒,所述内嵌修复棒包括氧化铝中空修复球和对称连接于氧化铝中空修复球上下两端的氧化铝中空护柱,且氧化铝中空修复球和氧化铝中空护柱一体连接,所述氧化铝中空修复球上下两端均镶嵌连接有快腐蚀隔离层,所述氧化铝中空护柱内镶嵌连接有快腐蚀芯棒,且快腐蚀芯棒贯穿铝合金基体并延伸至纳米陶瓷涂层内。
进一步的,所述铝合金基体按质量分数包括以下成分:Cu:0.35-0.5%、Si:0.15-0.2%、Fe:0.2-0.5%、Cr:0.4-0.8%、Mg:0.62-1%、Mn:0.2-0.45%、Zn:0.45-0.65%、Ti:0.1-0.35%、Li:0.1-0.2%、Ni:0.15-0.4%、Zr:0.06-0.2%、Y:0.04-0.15%、W:0.04-0.1%、V:0.06-0.15%,其余为Al。
进一步的,所述纳米陶瓷涂层的原料按重量份包括:20-30份SiC、10-20份Cr2O3、15-25份NiO、15-20份Cr3C2、20-30份Al2O3、5-15份TiO2和15-25份Fe3O4,不仅可以提高纳米陶瓷涂层的强度、硬度和抗冲击性能,同时进一步保护铝合金基体提高其耐腐蚀性,并且使得纳米陶瓷涂层整体具有弱磁性,可以在发生腐蚀和破损现象时主动吸附修复磁球展开修复。
进一步的,所述纳米陶瓷涂层采用等离子喷涂工艺,参数具体为:喷涂距离:80-100mm,送粉率:60-65g/min,氩气流量:30-40L/min,氢气流量:7-9L/min,电流:55-60A,电压:60-65V。
进一步的,所述内嵌修复棒外侧壁上对称连接有两排环形阵列分布的补强分隔丝,且一对对称补强分隔丝之间的距离小于补强分隔丝中心点的垂距,通过补强分隔丝可以进一步提高内嵌修复棒在铝合金基体内的补强效果,辅助增强铝合金基体的抗冲击效果,同时有助于隔开相邻的内嵌修复棒实现均匀分布,方便后续的磁场导向,也可以避免在导向过程中出现交错现象。
进一步的,所述氧化铝中空修复球内填充有多个修复磁球,所述修复磁球包括热熔树脂输送球和填充于热熔树脂输送球内的磁性芯球,所述热熔树脂输送球上还镶嵌有耐腐蚀合金粉末,所述耐腐蚀合金粉末与纳米陶瓷涂层采用同种原料,热熔树脂输送球起到携带耐腐蚀合金粉末的作用,同时在加热条件下会熔化携带耐腐蚀合金粉末均匀填充在腐蚀处,并充当胶黏剂在固化后提高修复强度,磁性芯球起到赋予修复磁球磁性的作用,可以在纳米陶瓷涂层的磁吸作用下主动靠近展开修复,耐腐蚀合金粉末与纳米陶瓷涂层采用同种原料可以针对性进行修复。
进一步的,所述快腐蚀芯棒包括多层相互包裹的快腐蚀卷,所述快腐蚀卷之间连接有热熔树脂隔离膜,所述快腐蚀卷内镶嵌有生热球,多层快腐蚀卷方便内嵌修复棒可以展开多次修复,热熔树脂隔离膜起到隔离快腐蚀卷的作用,避免一次性全部腐蚀导致后续无法继续展开修复,生热球用来感知腐蚀或破损,从而触发修复磁球的修复动作。
进一步的,所述生热球采用自发热材料制成,生热球可以利用外界空气中的氧气进行氧化反应,从而释放出热量,一方面对修复磁球进行加热,促使其展开修复动作,另一方面熔化热熔树脂隔离膜暴露出下一层快腐蚀卷,方便进行下一次的修复。
进一步的,所述快腐蚀隔离层的截面积小于氧化铝中空护柱的截面积,但大于快腐蚀芯棒的截面积,既可以通过氧化铝中空护柱充分保护快腐蚀隔离层避免提前腐蚀,同时方便在快腐蚀芯棒引导腐蚀之后快速充分的响应,有利于修复磁球的释放并开始修复。
进一步的,所述内嵌修复棒的长度与铝合金基体的厚度保持一致,且氧化铝中空护柱远离氧化铝中空修复球一端为球状,方便在铝合金基体水平连铸成型的时候在出料口通过磁场导向,迫使内嵌修复棒在熔液中以正确的姿势成型,并且在成型后方便技术人员定位并激光打孔,向孔内镶嵌快腐蚀芯棒。
3.有益效果
相比于现有技术,本发明的优点在于:
(1)本方案可以实现一方面对铝合金基体的原料进行改进,优化不同成分之间的配比和组合,整体增强铝合金基体的强度和耐腐蚀性,并通过在铝合金基体表面上覆盖上纳米陶瓷涂层的方式进一步对铝合金基体进行保护,另一方面创新性的在铝合金基体内引入内嵌修复棒,提高铝合金基体强度的同时可以消除部分内应力,并且在纳米陶瓷涂层出现腐蚀或者破损现象时,利用设置的易腐蚀部件触发内嵌修复棒的修复动作,基于磁吸作用将修复磁球主动吸附至腐蚀或破损处展开修复,避免进一步腐蚀或破损,适用于多种腐蚀条件下的自修复,有效提高铝合金基体的耐腐蚀性,延长其使用寿命。
(2)内嵌修复棒外侧壁上对称连接有两排环形阵列分布的补强分隔丝,且一对对称补强分隔丝之间的距离小于补强分隔丝中心点的垂距,通过补强分隔丝可以进一步提高内嵌修复棒在铝合金基体内的补强效果,辅助增强铝合金基体的抗冲击效果,同时有助于隔开相邻的内嵌修复棒实现均匀分布,方便后续的磁场导向,也可以避免在导向过程中出现交错现象。
(3)氧化铝中空修复球内填充有多个修复磁球,修复磁球包括热熔树脂输送球和填充于热熔树脂输送球内的磁性芯球,热熔树脂输送球上还镶嵌有耐腐蚀合金粉末,耐腐蚀合金粉末与纳米陶瓷涂层采用同种原料,热熔树脂输送球起到携带耐腐蚀合金粉末的作用,同时在加热条件下会熔化携带耐腐蚀合金粉末均匀填充在腐蚀处,并充当胶黏剂在固化后提高修复强度,磁性芯球起到赋予修复磁球磁性的作用,可以在纳米陶瓷涂层的磁吸作用下主动靠近展开修复,耐腐蚀合金粉末与纳米陶瓷涂层采用同种原料可以针对性进行修复。
(4)快腐蚀芯棒包括多层相互包裹的快腐蚀卷,快腐蚀卷之间连接有热熔树脂隔离膜,快腐蚀卷内镶嵌有生热球,多层快腐蚀卷方便内嵌修复棒可以展开多次修复,热熔树脂隔离膜起到隔离快腐蚀卷的作用,避免一次性全部腐蚀导致后续无法继续展开修复,生热球用来感知腐蚀或破损,从而触发修复磁球的修复动作。
(5)生热球采用自发热材料制成,生热球可以利用外界空气中的氧气进行氧化反应,从而释放出热量,一方面对修复磁球进行加热,促使其展开修复动作,另一方面熔化热熔树脂隔离膜暴露出下一层快腐蚀卷,方便进行下一次的修复。
(6)快腐蚀隔离层的截面积小于氧化铝中空护柱的截面积,但大于快腐蚀芯棒的截面积,既可以通过氧化铝中空护柱充分保护快腐蚀隔离层避免提前腐蚀,同时方便在快腐蚀芯棒引导腐蚀之后快速充分的响应,有利于修复磁球的释放并开始修复。
(7)内嵌修复棒的长度与铝合金基体的厚度保持一致,且氧化铝中空护柱远离氧化铝中空修复球一端为球状,方便在铝合金基体水平连铸成型的时候在出料口通过磁场导向,迫使内嵌修复棒在熔液中以正确的姿势成型,并且在成型后方便技术人员定位并激光打孔,向孔内镶嵌快腐蚀芯棒。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为图1中A处的的结构示意图;
图3为本发明内嵌修复棒的结构示意图;
图4为本发明氧化铝中空修复球的结构示意图;
图5为本发明快腐蚀芯棒的结构示意图;
图6为本发明修复磁球的结构示意图。
图中标号说明:
1铝合金基体、2纳米陶瓷涂层、3内嵌修复棒、31氧化铝中空修复球、32氧化铝中空护柱、33快腐蚀隔离层、4快腐蚀芯棒、41快腐蚀卷、42热熔树脂隔离膜、43生热球、5补强分隔丝、6修复磁球、61热熔树脂输送球、62磁性芯球、63耐腐蚀合金粉末。
具体实施方式
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做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。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等,应做广义理解,例如“连接”,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1:
请参阅图1-3,一种耐腐蚀铝合金型材,包括铝合金基体1和覆盖于铝合金基体1外表面上的纳米陶瓷涂层2,铝合金基体1内镶嵌连接有多个均匀分布的内嵌修复棒3,内嵌修复棒3包括氧化铝中空修复球31和对称连接于氧化铝中空修复球31上下两端的氧化铝中空护柱32,且氧化铝中空修复球31和氧化铝中空护柱32一体连接,氧化铝中空修复球31上下两端均镶嵌连接有快腐蚀隔离层33,氧化铝中空护柱32内镶嵌连接有快腐蚀芯棒4,且快腐蚀芯棒4贯穿铝合金基体1并延伸至纳米陶瓷涂层2内。
快腐蚀隔离层33的截面积小于氧化铝中空护柱32的截面积,但大于快腐蚀芯棒4的截面积,既可以通过氧化铝中空护柱32充分保护快腐蚀隔离层33避免提前腐蚀,同时方便在快腐蚀芯棒4引导腐蚀之后快速充分的响应,有利于修复磁球6的释放并开始修复。
内嵌修复棒3的长度与铝合金基体1的厚度保持一致,且氧化铝中空护柱32远离氧化铝中空修复球31一端为球状,方便在铝合金基体1水平连铸成型的时候在出料口通过磁场导向,迫使内嵌修复棒3在熔液中以正确的姿势成型,并且在成型后方便技术人员定位并激光打孔,向孔内镶嵌快腐蚀芯棒4。
铝合金基体1按质量分数包括以下成分:Cu:0.35-0.5%、Si:0.15-0.2%、Fe:0.2-0.5%、Cr:0.4-0.8%、Mg:0.62-1%、Mn:0.2-0.45%、Zn:0.45-0.65%、Ti:0.1-0.35%、Li:0.1-0.2%、Ni:0.15-0.4%、Zr:0.06-0.2%、Y:0.04-0.15%、W:0.04-0.1%、V:0.06-0.15%,其余为Al。
纳米陶瓷涂层2的原料按重量份包括:20-30份SiC、10-20份Cr2O3、15-25份NiO、15-20份Cr3C2、20-30份Al2O3、5-15份TiO2和15-25份Fe3O4,不仅可以提高纳米陶瓷涂层2的强度、硬度和抗冲击性能,同时进一步保护铝合金基体1提高其耐腐蚀性,并且使得纳米陶瓷涂层2整体具有弱磁性,可以在发生腐蚀和破损现象时主动吸附修复磁球6展开修复。
纳米陶瓷涂层2采用等离子喷涂工艺,参数具体为:喷涂距离:80-100mm,送粉率:60-65g/min,氩气流量:30-40L/min,氢气流量:7-9L/min,电流:55-60A,电压:60-65V。
内嵌修复棒3外侧壁上对称连接有两排环形阵列分布的补强分隔丝5,且一对对称补强分隔丝5之间的距离小于补强分隔丝5中心点的垂距,通过补强分隔丝5可以进一步提高内嵌修复棒3在铝合金基体1内的补强效果,辅助增强铝合金基体1的抗冲击效果,同时有助于隔开相邻的内嵌修复棒3实现均匀分布,方便后续的磁场导向,也可以避免在导向过程中出现交错现象。
请参阅图4和图6,氧化铝中空修复球31内填充有多个修复磁球6,修复磁球6包括热熔树脂输送球61和填充于热熔树脂输送球61内的磁性芯球62,热熔树脂输送球61上还镶嵌有耐腐蚀合金粉末63,耐腐蚀合金粉末63与纳米陶瓷涂层2采用同种原料,热熔树脂输送球61起到携带耐腐蚀合金粉末63的作用,同时在加热条件下会熔化携带耐腐蚀合金粉末63均匀填充在腐蚀处,并充当胶黏剂在固化后提高修复强度,磁性芯球62起到赋予修复磁球6磁性的作用,可以在纳米陶瓷涂层2的磁吸作用下主动靠近展开修复,耐腐蚀合金粉末63与纳米陶瓷涂层2采用同种原料可以针对性进行修复。
请参阅图5,快腐蚀芯棒4包括多层相互包裹的快腐蚀卷41,快腐蚀卷41之间连接有热熔树脂隔离膜42,快腐蚀卷41内镶嵌有生热球43,多层快腐蚀卷41方便内嵌修复棒3可以展开多次修复,热熔树脂隔离膜42起到隔离快腐蚀卷41的作用,避免一次性全部腐蚀导致后续无法继续展开修复,生热球43用来感知腐蚀或破损,从而触发修复磁球6的修复动作,生热球43采用自发热材料制成,生热球43可以利用外界空气中的氧气进行氧化反应,从而释放出热量,一方面对修复磁球6进行加热,促使其展开修复动作,另一方面熔化热熔树脂隔离膜42暴露出下一层快腐蚀卷41,方便进行下一次的修复。
快腐蚀卷41和快腐蚀隔离层33均采用较铝合金基体1和纳米陶瓷涂层2容易腐蚀的材料制成,如常规的铁。
制备本发明时,采用传统的水平连铸工艺即可,值得注意的是,在合金液内加入内嵌修复棒3后,需要在出料口合适位置设置磁场对内嵌修复棒3进行导向,迫使其转动至“站立”模式,并在铝合金基体1最终成型后针对内嵌修复棒3的位置,对氧化铝中空护柱32进行激光打孔并向孔内镶嵌上快腐蚀芯棒4,然后经过常规处理后喷涂得到纳米陶瓷涂层2即可。
本发明可以实现一方面对铝合金基体1的原料进行改进,优化不同成分之间的配比和组合,整体增强铝合金基体1的强度和耐腐蚀性,并通过在铝合金基体1表面上覆盖上纳米陶瓷涂层2的方式进一步对铝合金基体1进行保护,另一方面创新性的在铝合金基体1内引入内嵌修复棒3,提高铝合金基体1强度的同时可以消除部分内应力,并且在纳米陶瓷涂层2出现腐蚀或者破损现象时,利用设置的易腐蚀部件触发内嵌修复棒3的修复动作,基于磁吸作用将修复磁球6主动吸附至腐蚀或破损处展开修复,避免进一步腐蚀或破损,适用于多种腐蚀条件下的自修复,有效提高铝合金基体1的耐腐蚀性,延长其使用寿命。
以上,仅为本发明较佳的具体实施方式;但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种耐腐蚀铝合金型材,其特征在于:包括铝合金基体(1)和覆盖于铝合金基体(1)外表面上的纳米陶瓷涂层(2),所述铝合金基体(1)内镶嵌连接有多个均匀分布的内嵌修复棒(3),所述内嵌修复棒(3)包括氧化铝中空修复球(31)和对称连接于氧化铝中空修复球(31)上下两端的氧化铝中空护柱(32),且氧化铝中空修复球(31)和氧化铝中空护柱(32)一体连接,所述氧化铝中空修复球(31)上下两端均镶嵌连接有快腐蚀隔离层(33),所述氧化铝中空护柱(32)内镶嵌连接有快腐蚀芯棒(4),且快腐蚀芯棒(4)贯穿铝合金基体(1)并延伸至纳米陶瓷涂层(2)内;
所述纳米陶瓷涂层(2)的原料按重量份包括:20-30份SiC、10-20份Cr2O3、15-25份NiO、15-20份Cr3C2、20-30份Al2O3、5-15份TiO2和15-25份Fe3O4;所述氧化铝中空修复球(31)内填充有多个修复磁球(6),所述修复磁球(6)包括热熔树脂输送球(61)和填充于热熔树脂输送球(61)内的磁性芯球(62),所述热熔树脂输送球(61)上还镶嵌有耐腐蚀合金粉末(63),所述耐腐蚀合金粉末(63)与纳米陶瓷涂层(2)采用同种原料。
2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀铝合金型材,其特征在于:所述铝合金基体(1)按质量分数包括以下成分:Cu:0.35-0.5%、Si:0.15-0.2%、Fe:0.2-0.5%、Cr:0.4-0.8%、Mg:0.62-1%、Mn:0.2-0.45%、Zn:0.45-0.65%、Ti:0.1-0.35%、Li:0.1-0.2%、Ni:0.15-0.4%、Zr:0.06-0.2%、Y:0.04-0.15%、W:0.04-0.1%、V:0.06-0.15%,其余为Al。
3.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀铝合金型材,其特征在于:所述纳米陶瓷涂层(2)采用等离子喷涂工艺,参数具体为:喷涂距离:80-100mm,送粉率:60-65g/min,氩气流量:30-40L/min,氢气流量:7-9L/min,电流:55-60A,电压:60-65V。
4.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀铝合金型材,其特征在于:所述内嵌修复棒(3)外侧壁上对称连接有两排环形阵列分布的补强分隔丝(5)。
5.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀铝合金型材,其特征在于:所述快腐蚀芯棒(4)包括多层相互包裹的快腐蚀卷(41),所述快腐蚀卷(41)之间连接有热熔树脂隔离膜(42),所述快腐蚀卷(41)内镶嵌有生热球(43)。
6.根据权利要求5所述的一种耐腐蚀铝合金型材,其特征在于:所述生热球(43)采用自发热材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀铝合金型材,其特征在于:所述快腐蚀隔离层(33)的截面积小于氧化铝中空护柱(32)的截面积,但大于快腐蚀芯棒(4)的截面积。
8.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀铝合金型材,其特征在于:所述内嵌修复棒(3)的长度与铝合金基体(1)的厚度保持一致,且氧化铝中空护柱(32)远离氧化铝中空修复球(31)一端为球状。
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