JPH01195286A - 黒色表面処理鋼板の製造方法 - Google Patents

黒色表面処理鋼板の製造方法

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JPH01195286A
JPH01195286A JP1746788A JP1746788A JPH01195286A JP H01195286 A JPH01195286 A JP H01195286A JP 1746788 A JP1746788 A JP 1746788A JP 1746788 A JP1746788 A JP 1746788A JP H01195286 A JPH01195286 A JP H01195286A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は装飾が必要な部材に用いられる黒色鋼板の製造
方法に関するものである。
[従来の技術] 低コストで高性能の表面処理鋼板の開発は自動車防錆鋼
板、家庭用鋼板、家具および建材分野で一貫して要求さ
れつづけて来た。これらの要求水準は年々低コスト化、
高品質化に移行し、スチールメーカーは新技術、新製品
を開発し需要家の要求に答えて来た。近年は、従来の表
面処理鋼板を加工した後前処理塗装されて来た製品に対
してプレコートされた鋼板を導入することによって、需
要家工程で行っていた前処理、塗装を省略し、低コスト
で高品質の製品を得るプレコート鋼板化への動きが活発
である。これらの要求に答えるため、従来は塗料を塗装
したプレコート鋼板が用いられて来たが、徹底したコス
トダウン化、高級外観、溶接性および取り扱い傷の問題
から、無機系の着色鋼板の要求が強くなって来た。
色調としては黒色系統のニーズか強く、上述の他指紋が
つき難いことや加工性、耐薬品性そして耐食性が要求さ
れる。
従来の黒色処理法はステンレスや鋼板、銅が一般的であ
るが、コストの点や、耐食性の観点から亜鉛メッキ鋼板
が木目的には合致しているので、その黒色化に関する従
来技術について以下に述べる。
本発明に関連する亜鉛メッキ又は亜鉛合金メッキ鋼板の
陰極電解法による黒色化法として知られる公知の技術は
、以下の公知技術が示されている。
特開昭60−190588には、C02+又はNi2+
に硫酸。
硝酸、塩酸、リン酸、炭酸等のアルカリ金属塩もしくは
テルル酸もしくは有機酸塩、ヂオシアン酸、チオ硫酸1
次亜リン酸のアルカリ金属塩、アンモニウム塩のp11
2〜IIの水溶液液中で1〜50A/dm2.0.5〜
:10秒間陰極電解する方法が公開されている。
[発明が解決しようとする課題] 以上述べた従来の方法は必ずしも最良の方法とは言えず
、多くの問題点を抱えている。特開昭60−19058
8の場合は、本発明考等の実験によればラボ的に静Iに
浴での理想状態では黒色化は可能であるが、本発明か目
的としている広+i+の銅帯を高速で処理する方法には
外観むらが発生し適用できない。
本発明はこれらの問題を解決したもので、広11】の銅
帯を黒色化する高速短時間処理が可能で、均一な黒色化
が可能な下地金属に依存しない黒色鋼板の製造方法を提
供するものである。
本発明法は後述するように、広rlの亜鉛又は亜鉛合金
メッキ、スズメッキ等のラインに適用した際に発生する
多くの問題、例えば不純物イオンの浸入、浴温、p11
変動、電流密度変化、水素ガス発生むら、メッキ表面の
活性差、ロールへのタッチ、後処理との関連等に対して
広い許容能力を持・った方法である。これらの継続使用
可能な陰極処理方法は未だ見出されていない。
[課題を解決するための手段コ 本発明は次に述べる陰極処理によって得られる黒色表面
処理鋼板の製造方法である。
(+) Zn”+を含みFe2°、 Go3+、 Ni
2+の一種以上と酸化性イオンおよびチオ化合物を主成
分とする酸性水溶液中で鋼板もしくはメッキ鋼板を陰極
として電解したのち、水洗し必要によりクロメート処理
を行ったのち、ガードコートを被覆することを特徴とす
る黒色表面処理鋼板の製造方法。
(2) Zn”を含みFe2″″、 Go3+、 Ni
2+の一種以上及びCr3+、  Fc3+、  Pb
3+、  Ag3+、  Sn3+、  Ti2+、 
A23◆。
[:lJ3+、 Cr6+、 MO”3+、 V ”*
 Mn’+、 Bi2+から選択した皮膜改質イオンと
酸化性イオンおよびチオ化合物を主成分とする酸性水溶
液中で鋼板もしくはメッキ鋼板を陰極として電解したの
ち、水洗し必要によりクロメート処理を行ったのち、ガ
ードコートを被覆することを特徴とする黒色表面処理鋼
板の製造方法。
以下、本発明の黒色表面処理鋼板の製造方法について詳
述する。本発明の処理浴にはZn2+を必須成分とし更
にpC2+、 Go3+、 Ni2+ (より好ましく
はCr”を含み)の中から選択される金属イオンを含み
、更に酸化性イオンとチオ化合物を主成分とする水溶液
である。金属イオンは硫酸塩、塩化塩、スルファミン酸
塩もしくは金属および水酸化物、酸化物、炭酸塩の形で
イオン供給する。電極から自動的に供給しても良い。
Zn2”は主成分であり、皮膜に採り込まれ、黒色化成
分であると同時に水素ガス発生を抑え、外観の均一化に
寄与する。Fe3+、 Go3+、 Ni2+単独又は
二種以上のイオンは、密度の高いコンパクトな黒色被膜
を析出させる重要な成分である。Zn2+のみでは黒色
皮膜が得られ難く、得られたとしてもクロメート及びガ
ードコートと反応し変色する、不安定で粗雑な皮膜を形
成し易い。
濃度はZn2+か硫酸塩として50g/Q 〜’100
 gIQ、他のCr3+を除く金属イオンは硫酸塩とし
て50g/9゜〜300 g/交、C「3+は0.旧〜
IOg/9.が望ましい濃度である。好ましい領域とし
ては、Zn2+を硫酸塩として100〜200 gQ 
、 Zn”/Ni3+、 Zn”/ Fe”。
Zn”/ Co2+の硫酸塩比で1/1〜2が好ましい
1.0未満では、後工程で変色し易い、例えばガードコ
ートやクロメートによって変色する。一方、2.OB!
では水素ガスや流速により外観むらが発生し易くなる。
金属イオンの濃度は高い方か均一な黒色被膜を得やすい
。しかし余り高いと液のドラッグアウト、塩の析出等の
トラブルが生じ易く上述した範囲が好ましい。
金属イオンのみでは黒色被膜は全く得られず、次の酸化
性イオン及びチオ化合物が必要である。
酸化性イオンは陰極部で金属の一部を酸化し、水和酸化
物として黒色の複合メッキを電析させる成分である。又
、チオ化合物は黒色化をより効果的にすると共に、黒色
皮膜の均質化、色調、密着性を向上させるイオンである
酸化性イオンとしてはNO3−、NO2−、C2O4−
(QO3−か好ましく、この内NO3−が最も安定して
黒色被膜が得られ易い。濃度としては1〜20gIQが
好ましい。1g72未満では黒色度が不充分で、20g
IQ超においては白色の化合物が表面に析出し易く、外
観むらや密着不良が生じ易くなり好ましくない。
黒色皮膜は上記成分でも得られるが、後述するクロメー
ト処理や水系のガードを被覆した場合密着不良が生ずる
場合かあり、使用範囲が限定される。
本発明では更にチオ化合物を加える。チオ化合物は次の
如き化合物群から選択する。
チオ亜硫酸(+125202)とその塩チオ硫酸(+1
25203)とその塩 チオシアン酸(IIscN)とその塩 チオ炭酸(lIzcs3)とその塩 −511又は−sn化合物として チオ糖類(C6051111511) 、チオフエン(
II、C,S) 。
チオ尿素(SC(N112>2)、チオフェノール(C
61f5Sl+)チオフテン((:611452) これらの内、チオシアン化物およびチオ尿素か最も好ま
しい化合物である。
添加量は、チオシアン酸ナトリウム換算で0.1〜50
g/党、好ましくは1〜10g/愛である。0.1g/
交未満ではチオ化合物の効果が出難い。又50g/Q 
Mでは黒色度1漠が得られ難く、又電解時に臭気が発生
するようになるので好ましくない。
本発明は金属イオンの第一成分として202ゝおよび金
属イオンの第2成分としてFe3+、 Co3+、 N
i”から選択される金属イオンおよび酸化性イオンおよ
びチオ化合物で構成される水溶液から黒色鋼板を得るこ
とが出来るが、第3成分の金属イオンを加えることによ
ってより高品質化した黒色鋼板を得ることが出来る。
これらの金属イオン(皮膜の改質イオンと略)はGr3
+、  Fe3+、  Pb3+、  八z3+、  
Sn3+、  Tiz3+、  へ党3◆。
Cu3+、 Cr3+、 Mo3+、  V3+、 M
n3+、 Ili”から選択されるイオンであり、特に
Cr3+、 Pe’+が効果的である。Fe2+は黒色
の第2成分の金属イオンとしての作用と以下の2つの作
用を有する。
これらの皮膜改質イオンの効果は以下の如きものである
本発明は黒色皮膜を形成させたのち、必要によりクロメ
ート処理を施したのち、ガードコートを被覆して黒色製
品を製造する。この際、皮膜改質イオンが存在する水溶
液から得られる黒色皮膜は、皮膜中に改質イオンが析出
した金属もしくは化合物として共析し、クロメート及び
ガードコートと反応し、密着性の良好なより黒い外観を
有する黒色鋼板を得ることが出来る。特にガードコート
として親水系の樹脂を主成分とするエマルジョンは、樹
脂構造中の親水基(カルボキシル基、ヒドロキシル基、
アミン等)との反応により良好な結果が得られる。
皮膜改質イオンの濃度は、Cr3+の場合0.01〜1
0gIQ望ましくは0.1〜1.0 gin 、 Fe
2+の場合1〜20g/u 、その他のイオンは0.0
01〜1 ginの範囲で用いることが出来る。Pb3
+、 Fe2+等は陽極、鋼板から自然供給させる事が
出来る。
水溶液のpl+は1.5〜3.0が望ましい。本発明で
は極めて広い範囲(pH0,7〜6.0)で黒色表面を
得ることが出来るが、得られた黒色被膜の品質例えば密
着性や浴濃度制御を考慮すると上述したpl+範囲が好
ましい。浴温については20〜80℃の範囲で試みたか
、いずれも良好な黒色被膜が得られた。
本発明の場合、必要により次の様な目的で別の化合物を
加えることができる。溶液の電導性を上げるための各種
支持塩、pl+緩衝剤としてのホウ酸塩やリン酸塩、フ
タル酸塩、密着加工性を向上させるポリマー類、防錆性
やガードコートとの接着力を上げる微量のリン酸塩やク
ロム酸を加える場合がある。又、無機ゾル化合物、カチ
オンポリマーを複合させて黒色皮膜を安定化させること
が出来る。沈殿防止のためのキレート剤、形成する亜鉛
複合メッキ被膜の平滑性を与えるポリマー、キレート化
合物、塩化物、フッ素化合物等を加える場合がある。
以下、電解条件について述べる。
本発明は従来の方法に比べ短時間で且つ黒色化領域の広
い条件を選定できる極めて優れた方法である。電流密度
は1〜50八/dm2か望ましい。1へ/dm2未満で
は着色化が難しい。又、50八/dm2超では水素ガス
が発生し、むらや出来た被膜が脱膜する危険度か高い。
通電量は5〜100クーロン/dffI2で品質の良い
黒色被膜が得られる。5ク一ロン/dm2未満は着色か
困難で、むらのある外観になり易い。又、100クーロ
ン/dm2gでは、白っぽい被膜が共析し易く水素ガス
発生によりむらになる。好ましい電解条件は5〜30ク
一ロン/dm2である。
被処理面は冷延鋼板、?に気亜鉛メッキ鋼板、電気亜鉛
合金メッキ鋼板、溶融亜鉛メッキ鋼板、溶融亜鉛合金メ
ッキ鋼板、光沢亜鉛メッキ鋼板、スズメッキ鋼板、アル
ミメッキ鋼板等に試みた結果、全て着色し、黒色の場合
、冷延鋼板、電気亜鉛合金メッキ鋼板(Zn −Ni、
 7.n −Fe)が黒さの点、傷付き難くさの点で優
れていた。
以上の処理によって、黒色板11qを有する鋼板か得ら
れるが、更にガードコートもしくはクロメート処理後ガ
ードコートを被覆することによって、より高級な外観お
よび性能が得られる。
ガードコートは品質の向上が目的である。例えば、ガー
ドコートを塗布することにより外観は均一性が向上し、
着色度も強くなる。光沢はガードコートの種類や厚みお
よび鋼板の表面粗度の調整によって、半光沢から光沢ま
での外観を有する鋼板が得られる。又、疵に対する抵抗
力が向上する。プレス加工性、折曲げ加工性に優ねた特
性が付与され、プレスや取扱い時の当り傷にたいして特
に有効である。耐食性についても向上効果が大きい。
本発明のガードコートは、(])樹脂被膜、(2)無機
ポリマー被膜、(3)樹脂と無機ポリマーの複合被膜、
(4)油、油脂、ワックス類である。
ガードコートの付着■は外観および溶接性等に害が無い
ように配慮する必要があり、付着量として3 g/m2
以下、好ましくは1.5g/m2以下である。
樹脂(有機ポリマー)は、水溶性又は水分散性あるいは
溶剤溶性の有機高分子化合物を必要により硬化剤を加え
コーティングし、焼付等によって硬化させた被膜、ある
いは紫外線硬化させた塗膜、あるいは無機有機化合物を
複合させた複合ポリマーを必要により硬化剤と共にコー
ティングし焼付等で硬化させた被膜である。複合させる
化合物としては、シリカ、チタニア、アルミナ、ジルコ
ニヤ等の微細な酸化物好ましくはゾル、マイカ、タルク
、リン酸塩、ホウ酸塩、クロム酸塩の無機化合物、脂肪
酸石鹸類、カーボン、脂肪酸エステル、プラスチック粒
子の有機化合物、シランカップリング剤、チタンカップ
リング剤等の有機金属化合物である。なお、後述する如
く、複合化させる化合物はガードコートの膜厚が薄いた
め出来る丈細かい粒′f(1〜100μm)が好ましく
、樹脂中に均一に分散させる必要がある。
又、無機ポリマーとしては、ケイ酸ナトリウム、リチウ
ムシリケートのケイ酸塩化合物およびゾル、縮合リン酸
ポリマー、重リン酸塩、ジルコン酸ポリマー類である。
オイルおよび油脂ワックスは公知のもので良い。又、本
発明の黒色表面処理鋼板は着色複合メッキ被膜およびガ
ードコートの厚みが薄いため、素地金属の表面状態、例
えば光沢、粗度を生かした外観および品質を得ることが
出来る特徴がある。
本発明において、黒化処理液にUr3”を含打させた黒
色処理材はガードコートのみで充分優れた性能が得られ
るが、ガードコートの而に黒化処理後、水洗したのち、
クロメート処理を行うことにより最適な品質か得られる
クロメート処理としては、塗布−乾燥型の塗布クロメー
ト、浸清又はスプレー後水洗する反応クロメートおよび
電解クロメートが適用できる。塗布クロメートは水洗性
のCr”及びCr”の化合物、好ましくは無水クロム酸
(CrO3)もしくは還元剤でCr”/ Dr”= 0
.1〜0.5に部分還元したクロム酸の水溶液、もしく
はシリカゾル、リン酸、有機高分子化合物等を加えた複
合成分のクロメート処理液を黒色被股上に塗布したのち
、直ちに板60〜100℃に強制乾燥する。付着量はC
r換算で10〜200m)(7m2が好ましい。反応ク
ロメートは市販のクロム酸化合物とアニオン化合物から
なる処理液を用いることで達成できる。又、電解クロメ
ートはp]11〜5のクロム酸とアニオンを主成分とす
るクロム酸水溶液中で陰極電解したのち水洗することに
よって得られる。
反応クロメート、電解クロメートの場合浴のpHは1〜
5好ましくは2〜4のクロメート液を用いることが好ま
しい。両者の場合、付着量はCr換算で10〜100m
g/m2か好ましい。
クロメート処理のみでは、ガードコートの如き品質向上
効果か期待できず、引きつづいてガードコートを被覆す
ることによって最も優れた黒色鋼板を得ることが出来る
本発明において特徴的なことは、水系の樹脂エマルジョ
ンを含むガートコートはガードコート単独もしくはクロ
メート+ガートコートによって黒色度が一層強化される
ことである。黒色処理単独て多少黒色度が不充分であっ
てもガートコート、クロメートによって黒色化が進み真
に黒い鋼板が得られる。Cr3+添加黒色処理9クロメ
ートおよび水系のエマルジョン型ガードコートは界面反
応によって黒色化を増加させることが出来、最も好まし
い。
[実施例] 実施例1 冷延鋼帯にpb陽極を用いて第1表に述べるメッキを行
ったのち、ただちに第1表に示す黒色処理を行いガード
コートを塗布したのち板温100℃に焼付けた。結果を
第1表に示した。No1〜23は亜鉛ニッケル合金メッ
キ鋼板を用いた。
Not、2.3及び4は酸化性イオンを含まない比較例
であり、黒色化が得られていない(L値〉20)。No
5は亜鉛イオン及び酸化性イオンを含まない比較例で同
様に黒色外観が得られない。
No6.7及び8は本発明例である。充分黒色外観が得
られているが、ガードコート後の密着性に若干剥離が生
ずる。
No9〜13はCr”を0.15〜0.90g/9.加
えた本発明例で、外観、密着性共に優れた黒色鋼板が得
られる。ガードコート前のL値はCr3+濃度に比例し
て高いが、ガードコートによって黒色化が増す。
No14〜17はZn”/Ni2″″の濃度比を変化さ
せた本発明例で、濃度が低いとやや均一性に劣る傾向が
見られるが、広範囲で良好な黒色鋼板が得られた。
No18はCr3+及びFe’ +を含む黒色液から得
られた本発明例で良好な結果が得られた。
No19.20は浴温で広範囲の変動に対して許容でき
る。No21〜23は浴pH1,o 〜4.0に変化さ
せた本発明例であり、低pl+サイドでL値が若干アッ
プし水素ガス発生むらが認められる程度である。
No24〜28は、第1表に示す色々なメッキ鋼板を用
いて黒色処理した本発明例で良好な外観と性能か得られ
た。
第1表において: 1)  A : ZnSO4・711□OB : Ni
SO4・61120 C: Na5CN ・D : NaN03 E : Cr” (硫酸塩) F : FeSO4・711,0 2)  Dk、電流密度 八/dm2 3)Q;通電量 クーロン/dm2 4)  L値:明度(JIS Z 11370規定)黒
色としてはL≦20が必要。望ましくはL≦15が好ま
しい。
ガードコート:市販のポリオレフィンアクリル系エマル
ジジンとコロイダ ダルシリ力の複合被膜で被膜 の量は1 gem2 M−L  (ガートコート面) T−L  (ガードコート後) 5) 密着性:エリクセン7111[l絞り加工後セロ
テープで剥離し、剥離した面積を百分率 (*)で評価。
O・・・剥離認めず  096 Δ・・・剥mc点状) 1を未満 ×・・・剥m     5を以上 6)均一性  黒色後の外観判定 O・・・均一美麗 △・・・少しむら X・・・不均一 7)  7.−N : 129e Ni −Zn電気合
金メッキ(目付 15 g/m2) ET:スズメッキ(目付5 g/m2)鋼板EG:電気
亜鉛メッキ鋼板(目付20 g/m2)八S :ガルバ
ニールド溶融亜鉛鉄合金メッキ鋼板(40g/m2) SZ  :596A交−Zn溶融合金メッキ鋼板(60
g/m2) ST:冷延鋼板 実施例2 1′は気亜鉛ニッケル合金メッキ鋼板に実施例1(No
9)の条件て黒色化したのち、第2表に示したクロメー
ト処理を行い引きつづいてガードコートを被覆した。
No29〜33は塗布型クロメートを用いた例で、ガー
ドコートはシリカを複合せしめたエマルシヨンである。
極めて優れた外観および品質を得た。耐食性も良好であ
った。
Nol1〜34は電解クロメート、反応クロメートの例
で、若干り値がアップするが品質は良好である。
No35〜37は塗布型クロメート後、異なるガードコ
ートを被覆した例で、N035は耐水性にやや劣り耐食
性が若干、他に比べ劣るがその他の品質は良好である。
No3fi、 37は優れた品質を得た。
第2表において: 8)A:部分還元クロム酸(C,R”/Cr’+比0.
410.6)の塗布クロメート B:部分還元クロム酸/シリカゾル=l/1の塗布クロ
メート C:部分還元クロム酸/ポリアクリル酸= 170.1
の塗布クロメート D二部分還元りロム酸/リン酸アンモン=170.1の
塗布クロメート E : Na2Gr20t/ 112sO4= 501
0.2の陰極電解クロメート F : Zn(:r20./1I3Pシ= 30/:l
の反応クロメート9)G〜1 :エチレンイミンアクリ
ル酸エマルジョンにシリカゾル複合させた皮膜 G−2:リチウムシリケート G−3=ウレタンエポキシクリヤー塗膜G−4=ウレタ
ンエマルジヨンにシリカゾル複合樹脂皮膜 !0)耐食性 JIS Z 2371塩水噴霧試験(SST) 1.:
おイテ、168時間試験後の白錆発生面積率(%)で示
した。
実施例3 亜鉛ニッケル合金メッキ鋼板(ZN−■)を、硫酸亜鉛
/硫酸ニッケル= +50/200g/lおよび硫酸亜
鉛/硫酸ニッケル/硫酸コバルト= 150/1501
50(ZN−Nl−CO) 、p++ =2.0 、4
0℃ノヘース浴に第3表に示す酸化性イオンおよびチオ
化合物を加えた黒色処理中でDに(IOA/dm2) 
Q (30ク一ロン/dm2)通電し、黒色化したのち
、実施例2、No29のクロメートおよびガードコート
を被覆して評価した。
No:18はチオ化合物としてチオ尿素を用いた本発明
例、No39は酸化性イオンとして塩素酸ソーダを用い
た例でいずれも良好な結果を示した。No40〜43は
チオ化合物として4種類のチオ化合物を用いた例でNa
5CN 、チオ尿素に比べるとL値が高いが実用可能な
品質を示した。No44はZn” −Ni” −Go2
+をベース浴とする黒色液を用いた例で良好な結果を示
した。
実施例4 実施例1.Nol0のチオシアンナトリウムの代りにチ
オ尿素及びチオ硫酸ナトリウムを2 g/l加えた酸性
水溶液を用いて黒色鋼板を作成した。L値はガードコー
ト後(T−L)で15,2チオ尿素を加えたものはT−
Lが12.2でいずれも密着性は優れていた。
[発明の効果コ 本発明による着色亜鉛複合メッキ鋼板は品質的に外観、
加工性、耐食性に優れ、疵に対しても強い抵抗を有する
新しい鋼板として従来の塗装鋼板分野に使用でき、製品
の高級化、低コストに貢献する。
又、製造的に広範囲な処理条件が適用でき、高速短時間
処理が可能なため、従来の電気メッキライン内での処理
が可能であり、低いコストで製造できる。
特に本発明は黒色化において素地金属に依存せず、少量
の通電量で広範囲の表面を容易に黒色できる点で従来の
合金メッキあるいは合金を溶解させる方法に比し有利で
ある。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Zn^2^+を含みFe^2^+、Co^2^+
    、Ni^2^+の一種以上と酸化性イオンおよびチオ化
    合物を主成分とする酸性水溶液中で鋼板もしくはメッキ
    鋼板を陰極として電解したのち、水洗し必要によりクロ
    メート処理を行ったのち、ガードコートを被覆すること
    を特徴とする黒色表面処理鋼板の製造方法。
  2. (2)Zn^2^+を含みFe^2^+、Co^2^+
    、Ni^2^+の一種以上及びCr^3^+、Fe^2
    ^+、Pb^2^+、Ag^2^+、Sn^2^+、T
    i^2^+、Al^3^+、Cu^2^+、Cr^6^
    +、Mo^6^+、V^6^+、Mn^6^+、Bi^
    2^+から選択した皮膜改質イオンと酸化性イオンおよ
    びチオ化合物を主成分とする酸性水溶液中で鋼板もしく
    はメッキ鋼板を陰極として電解したのち、水洗し必要に
    よりクロメート処理を行ったのち、ガードコートを被覆
    することを特徴とする黒色表面処理鋼板の製造方法。
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