JPS599151A - 耐摩耗性焼結合金 - Google Patents

耐摩耗性焼結合金

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JPS599151A
JPS599151A JP11864782A JP11864782A JPS599151A JP S599151 A JPS599151 A JP S599151A JP 11864782 A JP11864782 A JP 11864782A JP 11864782 A JP11864782 A JP 11864782A JP S599151 A JPS599151 A JP S599151A
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JP
Japan
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powder
weight
alloy
sintered
wear
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JP11864782A
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Yoshihiro Marai
馬来 義弘
Takaaki Ookawahisa
大河久 貴昭
Yasuji Sotozono
保治 外園
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C33/00Making ferrous alloys
    • C22C33/02Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0207Using a mixture of prealloyed powders or a master alloy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C33/00Making ferrous alloys
    • C22C33/02Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0257Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements

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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】 この発明は、耐摩耗性に優れ、とくに内燃機関用ロッカ
ーアー・ム部材として好適な鉄系の耐摩耗性焼結合金に
関する。
従来の内燃機関用ロッカーアームとしては、鋳造法ある
いは鍛造法で製造したロッカーアーム本体のカムとの当
り面部に、チル鋳物または焼結合金で製造したチップ(
パッドとも呼ぶ)をロー付や、鋳包み等により接合した
もの、ある屋は前記ロッカーアーム本体のカムとの当り
面部に浸炭。
窒化、溶射、クロムメッキ等の表面処理を施したものな
どが用いられる。
しかしながら、このような従来の内燃機関用ロッカーア
ームにあっては、近年、内燃機関の出力向上ならびに効
率向上部のために、運転条件がより厳しくなっており、
それに伴い上記ロッカーアームのカムとの当り面部およ
び相手材であるカムのどちらか一方あるいは両方の摩耗
量が増大するという問題が生じている。
本発明者らは上述した従来の問題点に対処するため、先
に粉末冶金的な手法によってFe系のマトリックス中に
Fe−10〜35重量%Cr−1,0〜2.5重量%B
を含む硬化物層を分散させ、さらに必要によりCu 、
Pb 、Sn等の潤滑物質を分散させ、好ましくは成形
や焼結後の空孔率を5〜35%にして前記空孔内への潤
滑油の含浸を可能にした耐摩耗性焼結合金について述べ
た。
すなわち、上記した耐摩耗性焼結合金は、Fe−10〜
35重量%Cr−1,0〜2.5ffi!− %Bおよび残部実質的に不純物からなるFe−Cr−B
系合金粉末16〜50爪量%と、黒鉛粉末0.5〜2.
5重量%ど、必要に応じてCu;Pb、Snのうちから
選ばれる少なくとも1種以上の粉末2〜15重績%と、
残部Fe粉末(低合金Fe粉末を含む)とを加え、通常
の鉄系焼結合金と同様に混粉したのち成形・焼結したこ
とを特徴とし、前記成形−焼結に際しては1例えば前記
粉末を混粉したのち5〜8 ton/c m’の圧力で
成形し、1150°C〜1200℃の温度で30〜60
分間還元性もしくは真空雰囲気中で焼結し、空孔率が5
〜35%である焼結体としたものである。
この耐摩耗性焼結合金は、従来のロンカーアームチップ
材に比較すると、チップ自体および相手材のカムのうち
一方あるいは両方の摩耗量が極端に増大することなく、
両方とも比較的少ない摩耗率を示すが、以下に述べるよ
うな問題点を残している。すなわち、 (])]Fe−10−35重量%Cr−10〜るFe−
Cr−B系合金粉末の融点を超える焼結温度で焼結する
と、マトリックス粒界に比較的粗大な欽および/または
Crの硼化物および/または炭化物の硬質相が発生し、
この硬質相のために相手材カムの摩耗量が増加してしま
う。
(2)L記(1)を改善するために、Cu 、 Pb 
Snの少なくとも一種以上の金属を添加してなじみ性の
向にをはかった場合は、焼結体の全体のかたさが低下し
てしまい、カムの摩耗量は減少するが、チップ自身の摩
耗量が増加してしまう。
(3)  I−記(1)で比較的粗大な硬質相の発生を
防ぐため、Fe−10〜35重量%Cr−1,0〜2.
5爪量%Bおよび残部実質的に不純物からなるFe−C
r−B系合金粉末の融点を超えない焼結温度で焼結する
と、焼結体の全体のかたさが(1)の場合に比較すると
低下してしまい、(2)の場合と同じくカムの摩耗量は
比較的に少ないが。
チップ自身の摩耗量が増加してしまうことがあった。
この発明は」−述した問題点に着目してなされたも(7
)テ、Fe−10〜35重量%Cr−1,0〜2.5取
量%Bおよび残部実質的に不純物からなるFe−Cr−
B系合金粉末16〜5o東B、%と、黒鉛粉末1 、0
〜3 、5ir!q%ト、残ftRFe−P系合金粉末
単独あるいはFe−P系合金粉末とFeまたは低合金F
e粉末とを全粉末中でPが0.2〜1.0重量%となる
ように加えて成形・焼結することにより、相手材カムの
摩耗を増大させる主原因になっている比較的粗大な硬質
相の発生を防いで相手材であるカムの摩耗量を少なくす
る一方、添加したPの働きによりF e −F e、P
−F e、Cの三元共晶であるステタイト液相を発生さ
せて焼結を併進させることにより硬質なステタイトをマ
トリックス中に微細に分散させて焼結体の全体のかたさ
の低下を防止してチップ自身の摩耗量も低減させること
により、上記問題点を解決することを目的としている。
すなわち、この発明に基づく耐摩耗性焼結合金は、Fe
−10〜35重竜重星r−1,0〜2゜5型番%Bおよ
び残部実質的に不純物からなるFe−Cr−B系合金粉
末16〜50重量%と、黒鉛粉末1.0〜3.5重量%
と、残部Fe−P系合金粉末単独あるいはFe−P系合
金粉末とFeまたは低合金Fe粉末とを全粉末中でPが
0.2〜1.0重層%となるように加え、通常の鉄系焼
結合金と同様に混粉したのち成形・焼結したことを特徴
とし、前記成形・焼結に際しては、例えば前記粉末を混
粉したのち5〜8 ton/c m’の圧力で成形し、
Fe−Cr−B系合金粉末の融点未満の1025°C〜
1140’Cの温度で30〜60分間、還元性もしくは
真空雰囲気中で焼結し、空孔率が20%以下である焼結
体としたことを特徴としている。
この発明において使用するFe−10〜35重量%Cr
−1,0〜2.5重量%Bおよび残部実質的に不純物か
らなるFe−Cr−B系合金粉末は、焼結過程において
鉄系のマトリックスと固体拡散、あるいはFe−P系の
液相による液相焼結あるいはつと結びついてFe−Cr
−B−C系のf(0相を発生させることによる液相焼結
により結合して前記マトリックス中に分散される。この
とき、前記Fe−Cr−B系合金粉末のCrおよびB添
加量は、つぎの理由により名々の範囲に限定される。
Cr;10〜35重量% Crは、Cr硼化物および後で添加する黒鉛と結ひつい
てCri化物を作り、マトリックス中に分布する。その
ため、Cr量はB量とC量とのつり合いが大切であり、
10重量%未満で1寸添加量が少なすぎるために最終的
な製品としての耐摩耗性不足となり、35重量%超過で
は粉末の硬度が高くなりすぎるため成形性が低下してし
まう。
B、1.0〜2.5重量% Bは、前述した如<Crと結びついてCr硼化物を作る
が、1.0重量%未満ではCr硼化物の析出量が不足し
、2.5重量%超過ではCr硼化物の析出量が多すきて
粉末成形時の成形性が劣るので好ましくはない。
Fe−Cr−B系合金粉末の基本的組成は上述したとう
りであるが、Fe−Cr−B系合金粉末は一般にアトマ
イズ法により製造される。このアトマイズ法によりFe
−Cr−B系合金粉末を製造する場合、Fe−Cr−B
系合金粉末の特性を劣化させない範囲であれば、湯流れ
性を良くしかつ溶湯の酸化を防ぐために適量のSiを添
加しても良い。この際のSi添加量としては、0.5重
11%未満ではその効果がほとんど認められず、3.0
重量%超過ではFe−Cr−B系合金粉末のかたさを低
下させてしまうため、0.5〜3゜0重量%が好ましい
次に上記Fe−Cr−B系合金粉末と、黒鉛粉末と、F
e−P系合金粉末と、あるいはこのFe−P系合金粉末
中にPの量が多い場合にはさらにマトリックスとなるF
e粉末とを加えて混合するが、上記マトリックスとなる
Fe粉末としては、アトマイズ鉄粉、還元鉄粉、カーボ
ニル鉄粉等の純鉄粉のほかに、低合金鉄粉末なども使用
することができる。この低合金鉄粉末としては、例えば
現在焼結鍛造用などに用いられているFe系の合金粉末
などを使用することができる次にFe−Cr−B系合金
粉末、黒鉛粉末、およびFe−P系合金粉末として添加
されるPの添加割合の限定理由は次のとうりである。
Fe−Cr−B系合金粉末;16〜50重量%Fe−C
r−B系合金粉末は、これまでにも述べたように、焼結
■程においてFe系のマトリックスあるいはCと結びつ
いて硬質相としてマトリックス中に分散されて耐摩耗性
を向−1ニさせる。
しかし16重量%未満ではマトリックス内での分散度合
が少なく、最終的に耐摩耗不足になるので好ましくない
。反対に、50重量%を超えて添加しても粉末成形性が
劣るだけであり、耐摩耗性に対する効果がほとんど変ら
ないので好ましくない。そして、特に好ましい範囲は2
0〜30重量%である。
黒鉛粉末;1.0〜3.5重量% 黒鉛粉末は、マトリックス中に拡散して前記マトリ・ン
クスのかたさおよび強さを高める一方、Fe−Cr−B
系合金粉末中にも拡散して炭化物を形成するが、1.0
重量%未満では全体のかたさ不足により耐摩耗性が劣る
ので好ましくなく、3.5重量%を超えると炭化物の析
出量が多くなりすぎ、瞼くなったりあるいは相手材を摩
耗させたりするので好ましくない。
Fe−P系合金粉末;B量が全粉末量に対し0゜2〜1
.0重量% Fe−P系合金粉末は焼結時に液相を発生して焼結を促
進する一方、FeおよびCと結びついてステダイト相を
形成して焼結体かたさを高め、#摩耗性を向上させる。
この際PをFe−P系合金粉末の形で添加するのは、焼
結時にPの揮発を極力防1にしてPの歩留りを向上させ
るためであり、Fe−P系合金粉末の組成としては、市
販されていて入手しゃすいFe−20〜40重量%Pあ
るいはFe−0,2〜1.0重量%Pが好ましい。なお
、Fe−20〜40重量%P粉末を用いる場合には、マ
トリックスとなるFe粉末(低合金Fe粉末でも良い)
を加えて粉末全量に対してPが0.2〜1.0重量%と
なるようにする。そして、合計のP添加量が0.2重脣
%未満ではP添加の効果が少なく、1.0重品−%超過
になると液相が過剰に発生し、焼結対表面が荒れ、寸法
精度が悪くなると同時に、ステダイト相が異常成長し、
摺動特性が悪化するので好ましくない。
このようにして、Fe−Cr−B系合金粉末と、黒鉛粉
末と、Fe−P系合金粉末と必要なFe粉末とを加え、
通常の鉄系焼結合金と同様に混合したのち成形・焼結し
て耐摩耗性焼結合金を得るが、以下にその際の成形・焼
結条件さらには後処理条件の好ましい一例を示す。
まず成形にあたっては1通常の粉末の成形手法で成形可
能であるか、成形圧力があまり低すぎると最終製品の強
度が低くなり、反対に成形圧力が高すきると成形用金型
のt¥命が短くなり結果的にコスト高になってしまうこ
とから、成形圧力としては5〜8 ton/c m’程
度が好ましい。
次に、焼結に際しては、温度1時間、雰囲気などについ
て条件が選定される。
焼結温度は、これが低すぎるとFe−Cr−B系合金粉
末とマトリックスの鉄粉末との拡散が不十分となり、使
用時に脱落してピッチングの原因となる。また、焼結温
度が高すきてFe−Cr−B系合金粉末の融点を超える
と、マトリックスの勅界に比較的粗大な鉄および/また
はCrの硼化物および/または炭化物の硬質相が発生し
、この硬質層により相手材カムの摩耗量が増加してしま
うため、焼結温度は高くても添加したFe−Cr−B系
合金粉末の融点を超えない温度とすることが必要である
Fe−Cr−B系合金粉末の融点はその組成により異な
り、また、Fe−Cr−B系合金粉末とCとPの添加量
の組合せにより、Fe−Cr−B−C系、 Fe−Cr
−B−P系、Fe−Cr −B−C−P系等の液相発生
温度や液相発生量が異なるため、最適な焼結温度は一概
には決められないが、通常は1050°C〜1140’
C程度が好ましい。
また、焼結時間については、上記の焼結温度範囲の場合
、30〜60分とすることが望ましい。
すなわち、これよりも温度が短すぎると焼結不足となり
反対に時間を必要以」−長くしてもその効果かうすく、
極端な場合には酸化物相が軟化してしまうので好ましく
ない。さらに焼結雰囲気については、真空雰囲気が好ま
しいが、0□あるいはH20含有量の少ない高純度雰囲
気であれば還元性あるいは不活性雰囲気でも良い。
さらに、焼結後の製品の空孔率については、ある程度空
孔が存在しても含油効果があるため耐摩耗性に好結果を
与えることから問題はないが、あまり空孔が多すぎると
、面圧に対してマトリックスの座屈を生じて凹みの原因
となることから、20%以下とするのが好ましい。
このようにして得られた焼結合金は、耐摩耗性に非常に
優れており、とくにロッカーアームチップとして使用し
た場合に耐摩耗性ならびになじみ性に非常に優れた効果
を発揮するため、基本的には後処理として熱処理や表面
処理を施す必要はない。
しかしながら、例えばロッカーアームチップの場合、相
手材であるカムに対して悪影響を与えなければ、耐摩耗
性をさらにl4するための熱処理や表面処理、例えは焼
入れ焼戻しや窒化処理等を施してもよいことはもちろん
である。
以)゛実施例について説明する。
実施例1 原ネ゛1として、−100メンシユの還元鉄粉よりなる
Fe粉末に、−100メツシユのFe−20重量%Cr
−1,5重着%B合金粉末30重昂%と、黒鉛粉末25
重量%と、Fe−27重量%P合金粉末2.5重量%と
を加え、さらに全重量に対して、0.75重量%のステ
アリン酸亜鉛を添加した後、V型混合機で15分間混合
した。その後得られた混合粉末を7 ton/c m’
の圧力でロッカーアームチップの形状に圧粉成形したの
ち、8X I Otorrの真空雰囲気中で1100’
(!X60分間の条件で焼結し、空孔率4%の焼結ロッ
カーアームチップを得た。
実施例2 原料として一80メツシュのFe−1,0重都%Cr−
0.8重量%Mn−0.3重量%MOの組成の低合金F
e粉末に、−100メンシユのFe−15重量%Cr−
2,0重量%B合金粉末30重量%と、黒鉛粉末2.5
重量%と、Fe−27重量%P合金粉末1.5重¥%と
を加え、さらに全重量に対して、o、75爪量%のステ
アリン酸亜鉛を添加混合した後、得られた混合粉末を8
ton/c m’の圧力でロンカーアームチップの形状
に圧粉成形したのち、真空雰囲気中で1120°CX4
5分間の条件で焼結し、空孔率8%の焼結ロンカーアー
ムチップを得た。
実施例3 原料として、−80メンシユのFe−3,5重量%Cr
−0,3重量%Mo−0,3重量%■の組成になる低合
金Fe粉末に、−100メツシユのFe−25重量%C
r−1,2重量%B合金粉末16重量%と、黒鉛粉末3
.0重量%と、Fe−21,7重量%P合金粉末3.0
重量%とを加え、さらに全重量に対して、0.75重量
%のステアリン酸亜鉛を添加した後、得られた混合粉末
を8 ton/c m’の圧力でロンカーアームチップ
の形状に圧粉成形したのち、真空雰囲気中で1100’
C!X60分間の条件で焼結し、空孔率5%の焼結ロン
カーアームチップを得た。
実施例4 原料として、−80メツシユのFe−0,6重量2%P
の組成になるFe−P系粉末に、Fe−18重量%Cr
−1,8重量%B合金粉末20重量%と、黒鉛粉末2.
5@量%とを加え、さらに全重量、に対して、075重
量%のステアリン酸亜鉛を添加混合した後、得られた混
合粉末を7 ton/c m’の圧力でロッカーアーム
チップの形状に圧粉成形したのち、真空雰囲気中で11
40°(:!X60分間の条4!1で焼結し、空孔率6
%の焼結口、力−アー1、チンプを得た。
比較例1 原料として、−100メンシユの還元鉄粉よりなるFe
粉末に、−100メツシユのFe−20重量%Cr−1
,5重量%B合金粉末20重量%と、黒鉛粉末2重量%
とを加え、さらに全重量に対して、0.75重量%のス
テアリン酸亜鉛を添加した後、V型混合機で15分間程
合した。その後、44+られた4昆合粉末を8 ton
/c m’の圧力でロンカーアームチップの形状に圧粉
成形したのち、脱水剤中を通過させたH2ガス雰囲気中
で1175°CX30分間の条件で焼結し、空孔率15
%の焼結ロンカーアームチップを得た。
比較例2 原料として、−80メンシユのFe−1,Oi量%Cr
−0,8重量%Mn−0,26重量%MOの組成になる
低合金Fe粉末に、−100メツシユcy)Fe−15
重量%Cr−2,0重量%B合金粉末30重量%と、黒
鉛粉末1.5型巣%とを加え、さらに全重量に対して、
0.75重量%のステアリン酸亜鉛を添加混合した後、
得られた混合粉末を8 ton/c m’の圧力でロッ
カーアームチップの形状に圧粉成形したのち、真空雰囲
気中で1190°CX45分間の条件で焼結し、空孔率
5%の焼結口、カーアームチップを得た。
比較例3 原料として、−100メンシユのアトマイス鉄粉よりな
るFe粉末に、−100メツシユのFe−30重量%C
r−1,5重量%B合金粉末20重量%と、黒鉛粉末1
.0重量%と、平均粒径105ル以下の電解Cu粉末5
重量%と、−200メツシユの噴霧Pb粉末2.0重量
%と、−200メツシユの噴霧Sn粉末1.0重量%と
を加え、さらに全重量に対して、1.0重量%のステア
リン酸亜鉛を添加混合した後、得られたン昆合粉末を6
 ton/c m’の圧力でロンカーアームチップの形
状に圧粉成形したのち、純化装置を通過させたH2ガス
雰囲気中で1165°CX60分間の条件で焼結し、空
孔率20%の焼結ロッカーアームチップを得た。
比較例4 原ネ′Iとして、−80メツシユのFe−3,5重量%
Cr−0,3重量%Mo−0,3重量%vの組成になる
低合金Fe粉末に、−100メンシユのFe−20重量
%Cr−1,5重量%B合金粉末16重量%と、黒鉛粉
末1.0重量%と、−100メツシユの鉛青銅(Cu−
10重量%Pb−1O爪吊%Sn)粉末5重量%とを加
え、さらに全重量に対して、0,75重重殺のステアリ
ン酸亜鉛を添加混合した後、闇11られた77g合粉末
を8t。
n/am’の圧力でロッカーアー!・チップの形状に圧
粉成形したのち、純化装置を仙過さけたH2カス雰囲気
中で1170°C×30分間の条f1て焼結し、空孔率
13%の焼結ロッカーアーJ・チンプをqIIだ耐久試
験 次に、1.記実施例1〜4示す木発明品と、比較例1〜
4に示す比較論とを供試材とし、て表1に示す条f1で
IIIPl久試験をおこなった。なお、この耐久試験で
は、群1滑油に水を添加すると共に、バルブスプリング
力を高めて摩耗部を促進させるようにした。また、相手
材は自動車用エンジンのカム材として一殻に用いられる
チル鋳物で、その組成は重量で、C;約3%、Si:2
.2%、Mn:0.7%、P:0.2%、Cu:0.5
%残部Feて、硬度はHRc55以上である。その結果
を表表1 表2 表2より明らかなように、実施例1〜4の供試材の場合
にロンカーア−1、チップ摩耗量および相手材であるカ
ム摩耗部のいずれも相当小さいイfiとなっており、比
較例1〜4のものに比べてかなり優れていることかわか
る。
以)−説明したように、この発明によれは、Fe系ので
トリックス中にFe−Cr−B−C系およびFe−C−
P系の硬質相を分散させることにより耐摩耗性となじみ
性をあわせ持つ焼結合金を得ることができる。そして、
この焼結合金をとくに内燃機関用ロンカーアームチンプ
に適用した場合に、1−記したすぐれた耐摩耗性および
なじみ性によって、従来のロッカーアームチップ自体な
らびに相手材であるカムの両方共において摩耗の非常に
小さいものとするのとが可能である。
さらに、この発明の焼結合金は、成形および焼結11程
共に何ら特別な装置φ手法も必要とせず、従来の−・般
的な粉末冶金的手法を採用して製造することによって耐
摩耗性に非常にすぐれたものとすることができ、基本的
には熱処理や表面処理等の後処理が必要であり、現時点
において高価な合金元素であるMoやW等を含まないた
め価格を低くおさえることができ、かつ従来のロッカー
アームチップ材の焼結温度よりもかなり低い温度で焼結
が可能であることから省エネルギーにもなるなとのすぐ
れた効果をもたらしうる。
特許出願人    B産自動車株式会社代理人 弁理士
   手塩  豊 手続補正1!t(自発) 昭和57年12月8日 特1γ「I5′長官若杉和夫 殿 191(′1の表示 昭和 5フイ1 特 許 頼ろT 118647号2″
″8′1″名称  耐摩耗性焼結合金3 補1「をする
者 事件とのM係 特許出願人 、7′447 :l   神奈川県横浜市神奈用区宝町
2番地1%″′岑1(名p、、) (399)日産自動
車株式会社代表者  石  原    俊 4  代  理  人 6 補止により増加する発明の数 7 補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 8 補正の内容別紙の通り 1、明細書第11頁第3行の「焼結対表面」を「焼結体
表面」に補正する。
2、同第13礪第1行の「温度」を「時間」に補正する
3、同第20頁表1の第3行(7)rsAE  20W
40JをrSAE  20W−404に補正する。
4、同第23頁第1行の「必要」を「不快」に補正する

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) F e −10〜35重量%Cr−1,0〜2
    ゜5重量%Bおよび残部実質的に不純物からなるFe−
    (、r−B系合金粉末16〜50重量%と、黒鉛粉末1
    .0〜3.5重量%と、残部Fe−P系合金粉末単独あ
    るいはFe−P系合金粉末とFeまたは低合金Fe粉末
    とを全粉末中でPが0.2〜1.0重量%となるように
    加えて成形・焼結したことを特徴とする前記耐摩耗性焼
    結合金。
JP11864782A 1982-07-09 1982-07-09 耐摩耗性焼結合金 Pending JPS599151A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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