KR20210081165A - Method for manufacturing contact material - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 접점재의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 물리적 성질이 우수하고 용착성능이 우수한 접점재의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a contact material, and more particularly, to a method for manufacturing a contact material having excellent physical properties and excellent welding performance.
일반적으로 전기기기나 전기설비에는 회로를 연결하거나 차단하는 제어를 하기 위한 스위칭 소자가 사용된다. 스위칭 소자는 접점이 물리적으로 접촉하거나 떨어지면서 스위칭 동작하기 때문에 반복적인 스위칭 동작으로 인해 접점이 물리적인 손상이 발생할 수 있다. 스위칭 소자의 접점은 물리적으로 마모가 발생할 뿐만 아니라 개폐 동작시에 아크(arc)가 발생하면서 접점이 용착되어 개폐 동작이 이루어지지 않는 등 문제가 발생하여 소재를 다양화하는 등 문제를 해결하기 위하여 다각도로 개발이 이루어지고 있다. In general, a switching element for controlling to connect or block a circuit is used in an electric device or an electric equipment. Since the switching element performs a switching operation while the contact is physically contacted or separated, the contact may be physically damaged due to the repeated switching operation. Contacts of switching elements are not only physically abraded, but also arcs occur during opening and closing operations, causing problems such as welding of contacts and inability to open and close operations. In order to solve problems such as diversifying materials, development is in progress.
통상 접점재료로는 텅스텐계, 은-산화물계 등이 많이 사용되고 있으며, 이중에서도 전기전도도가 높고, 내마모성 등이 우수한 물리적 특성을 갖는 은-산화카드뮴(Ag-CdO)계열의 접점재가 대표적으로 사용된다. 또한 스위칭 소자의 접점으로 물리적 성질이 우수한 접점재료를 접합하여 다층으로 사용하기도 한다. Tungsten-based and silver-oxide-based contact materials are commonly used as contact materials, and among them, silver-cadmium oxide (Ag-CdO)-based contact materials with excellent physical properties such as high electrical conductivity and abrasion resistance are typically used. . In addition, as a contact point of a switching element, a contact material with excellent physical properties is bonded and used in multiple layers.
한편, 최근에는 은(Ag)에 니켈(Ni)과 흑연을 첨가하여 접촉저항을 줄여 아크 발생을 줄여 접점 간의 용착이 발생하는 것을 줄이기 위한 접점재의 개발이 이루어지고 있다. 그러나, 흑연의 첨가로 인해 구리(Cu) 단자와 용접성이 떨어지는 등 문제가 발생하여, 이를 해결해야 할 필요가 있었다.On the other hand, recently, by adding nickel (Ni) and graphite to silver (Ag) to reduce the contact resistance to reduce the arc generation, the development of a contact material to reduce the occurrence of welding between the contacts is being made. However, problems such as poor weldability with copper (Cu) terminals occurred due to the addition of graphite, and it was necessary to solve the problems.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서 물리적 성질이 우수하고 용착성능이 우수한 접점재의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다. The technical problem to be achieved by the present invention is to solve such a problem, and to provide a method of manufacturing a contact material having excellent physical properties and excellent welding performance.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명에 의한 접점재 제조방법은, 은(Ag)분말, 니켈(Ni)분말, 흑연(graphite)분말을 섞어 믹싱분체를 형성하는 (a) 단계와, 상기 믹싱분체를 소결(燒結, Sintering)하여 소결체를 형성하는 (b) 단계와, 상기 소결체를 압출 가공하여 선재 형태의 1차 가공선재를 형성하는 (c)단계와, 상기 1차 가공선재를 산소 분위기에서 가열하여, 탄소를 포함하는 코어층과 표면의 탄소를 제거하여 상기 코어층을 둘러싸는 탈탄층으로 이루어진 2차 가공선재를 형성하는 (d) 단계와, 상기 2차 가공선재의 면 중 어느 한면의 상기 탈탄층을 제거하여 접점면을 형성하는 (e) 단계와, 상기 탈탄층이 제거된 상기 2차 가공선재를 절단하여 접점재를 형성하는 (f) 단계를 포함한다. The method for manufacturing a contact material according to the present invention comprises a step (a) of mixing silver (Ag) powder, nickel (Ni) powder, and graphite powder to form a mixed powder, and sintering the mixed powder. (b) to form a sintered body, (c) for extruding the sintered body to form a primary overhead wire in the form of a wire rod, and heating the primary overhead wire in an oxygen atmosphere, a core containing carbon (d) forming a secondary overhead wire member comprising a decarburized layer surrounding the core layer by removing carbon from the layer and the surface, and removing the decarburized layer on any one surface of the secondary overhead wire member to form a contact surface (e) of forming a, and (f) of forming a contact material by cutting the secondary overhead wire from which the decarburized layer has been removed.
상기 탈탄층의 두께는 상기 접점재의 두께의 5 ~15%일 수 있다.The thickness of the decarburized layer may be 5 to 15% of the thickness of the contact material.
상기 탈탄층은 잔류 카본이 상기 탈탄층의 전체 중량 대비 0.1% 이하인 접점재 제조방법.The decarburized layer is a contact material manufacturing method in which residual carbon is 0.1% or less based on the total weight of the decarburized layer.
상기 (d) 단계는, 3 ~ 7kg/cm2의 압력범위의 산소분위기에서 600~800도로 가열할 수 있다.The step (d) may be heated to 600 to 800 degrees in an oxygen atmosphere in a pressure range of 3 to 7 kg/cm 2 .
상기 은분말, 상기 니켈분말, 상기 흑연분말은 각각 92 ~ 96 중량 %, 1 ~ 3 중량 %, 3 ~5 중량 %로 이루어질 수 있다.The silver powder, the nickel powder, and the graphite powder may be comprised of 92 to 96 wt%, 1 to 3 wt%, and 3 to 5 wt%, respectively.
상기 (e) 단계는, 상기 2차 가공선재를 습식 연마하여 상기 탈탄층을 제거할 수 있다.In step (e), the decarburized layer may be removed by wet grinding the secondary overhead wire.
본 발명에 의한 접점재 제조방법은 전기전도도가 높고 내마모성이 우수한 물리적 특성을 가지며, 아크 발생이 적어 내용착성이 우수한 접점재를 제조할 수 있다. The method for manufacturing a contact material according to the present invention has high electrical conductivity and excellent abrasion resistance, and it is possible to manufacture a contact material excellent in welding resistance due to low arc generation.
또한, 본 발명에 의하면 용접성능이 매우 우수한 접점재를 형성할 수 있어 스위칭 소자 제조에 매우 유리하다. In addition, according to the present invention, a contact material having very excellent welding performance can be formed, which is very advantageous for manufacturing a switching element.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의해 제조한 접점재의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의해 제조한 접점재의 사진이다.
도 3은 도 2의 접점재의 단면 사진이다.
도 4와 도 5는 도 2의 접점재의 단면을 각각 500배, 1000배 확대한 사진이다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 접점재 제조방법에 따른 제조과정을 설명하기 위한 도면이다.1 is a perspective view of a contact material manufactured according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph of a contact material manufactured according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional photograph of the contact material of FIG. 2 .
4 and 5 are photographs magnified 500 times and 1000 times, respectively, of the cross-section of the contact material of FIG. 2 .
6 to 10 are views for explaining a manufacturing process according to a method for manufacturing a contact material according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의해 제조한 접점재에 대해 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 의해 제조한 접점재의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의해 제조한 접점재의 사진이고, 도 3은 도 2의 접점재의 단면 사진이고, 도 4와 도 5는 도 2의 접점재의 단면을 각각 500배, 1000배 확대한 사진이다.A contact material manufactured according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5 . 1 is a perspective view of a contact material manufactured according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a photograph of a contact material manufactured according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional photograph of the contact material of FIG. 2, and FIG. and FIG. 5 are photographs magnified by 500 times and 1000 times, respectively, of the cross-section of the contact material of FIG. 2 .
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의해 제조한 접점재(1)는 중앙에 코어층(10)과, 코어층(10)을 둘러싸는 탈탄층(11)으로 이루어진다. 이때, 접점재(1)의 일측면은 연마 가공되어 코어층(10)이 노출되는 접점면(12)을 형성한다. 접점면(12)은 전기전도도가 우수하여 아크(arc) 발생 가능성이 낮으며 내용착성이 우수하여 스위칭 소자의 수명을 증가시킬 수 있다. 이하, 각 구성에 대하여 구체적으로 설명한다.First, referring to FIG. 1 , the contact material 1 manufactured according to an embodiment of the present invention includes a
접점재(1)는 중앙에 전기전도도가 우수하고 내용착성이 우수한 코어층(10)이 형성되어 있다. 코어층(10)은 은(Ag), 니켈(Ni), 흑연(graphite)으로 구성되어 있다. 코어층(10)을 이루는 은(Ag)과 니켈(Ni)과 흑연은 분말형태로 혼합되어 소결과정을 거쳐 단단하게 굳어진다. 은(Ag)은 전기전도도가 우수하여 접촉저항이 낮아 전기접점재료로 우수한 성능을 갖는다. 이러한 은(Ag)은 코어층(10)의 전체 성분을 기준으로 92 ~ 96 중량%을 차지한다. 은(Ag) 속에는 니켈(Ni)과 흑연이 균일하게 분산되어 있다. In the center of the contact material 1, a
니켈(Ni)은 은(Ag)에 고용체 형태로 존재하며 접점재의 내용착성을 향상시킨다. 또한, 니켈(Ni)은 비교적 약한 은(Ag)의 강도를 보강하여 내마모성을 향상시켜 접점재의 내구성을 향상시키는 역할을 한다. 즉, 니켈(Ni)은 내마모성과 내용착성을 향상시켜 접점재가 서로 녹아 붙거나 기계적인 파손에 의해 스위칭 동작이 되지 않는 것을 방지할 수 있다. 니켈(Ni)은 코어층(10)의 전체 성분을 기준으로 1 ~ 3 중량%가 포함될 수 있다. Nickel (Ni) exists in the form of a solid solution in silver (Ag) and improves the welding resistance of the contact material. In addition, nickel (Ni) serves to enhance the durability of the contact material by reinforcing the strength of relatively weak silver (Ag) to improve abrasion resistance. That is, nickel (Ni) improves abrasion resistance and welding resistance, so that it is possible to prevent the contact materials from being melted together or from not performing a switching operation due to mechanical damage. Nickel (Ni) may be included in an amount of 1 to 3 wt% based on the total component of the
흑연(graphite)은 은(Ag)에 니켈(Ni)을 첨가함으로써 발생할 수 있는 전기전도도 저하를 방지하는 역할을 할 수 있다. 흑연은 카본(C)계 첨가물로서, 전기전도도가 우수하여 접점재(1)에 아크가 발생하는 것을 방지하는 역할을 한다. 이러한 흑연은 코어층(10)의 전체 성분을 기준으로 3 ~ 5 중량 %가 포함될 수 있다.Graphite may serve to prevent a decrease in electrical conductivity that may occur by adding nickel (Ni) to silver (Ag). Graphite, as a carbon (C)-based additive, has excellent electrical conductivity and serves to prevent arcing in the contact material 1 . Such graphite may be included in an amount of 3 to 5 wt % based on the total component of the
한편, 코어층(10) 외곽에는 탈탄층(11)이 둘러싸고 있다. 탈탄층(11)은 코어층(10)에서 탄소(C)가 제거된 층으로 코어층(10)이 노출된 접점면(12)을 제외한 나머지면에 코어층(10)을 둘러싸며 형성될 수 있다. Meanwhile, a decarburized
탈탄층(11)은 은(Ag)과 니켈(Ni)로 이루어진 층이며 탄소(C)가 제거되어 접점재의 용접 성능을 향상시킬 수 있다. 탈탄층(11)은 산소 분위기의 고온의 노에서 형성되며, 잔류카본이 2차 가공선재(300) 또는 코어층(10)의 중량 대비 0.1 %이하로 존재할 수 있다. The decarburized
탈탄층(11)은 모재에 용접이 되는 부분으로 외관상 코어층과 구분할 수 있도록 도 2의 사진에서 볼 수 있는 바와 같이 요철홈이 형성되어 있다. 탈탄층(11)은 산소에 의해서 산소가 제거될 뿐만 아니라 은(Ag)과 니켈(Ni)이 산화물 상태로 존재할 수 있다. The
도 3 내지 도 5를 참조하면, 코어층(10)과 탈탄층(11)은 흑연의 유무에 따라 구분되기 때문에 육안으로도 그 경계가 구분이 된다. 코어층(10)은 흑연이 포함되어 있어 절단면에 검정색 조직이 상대적으로 많이 분포되어 있으며, 탈탄층(11)은 코어층(10)에 비하여 검정색 조직의 양이 적다. 탈탄층(11)의 두께는 접점재(1)의 두께의 5 ~15%으로 형성될 수 있다. 탈탄층(11)은 후술할 탈탄과정에서 산소에 의해 잔류 카본이 탈탄층(11)의 전체 중량 대비 0.1% 이하로 유지하는 것이 바람직하다. Referring to FIGS. 3 to 5 , the
이하, 도 6 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 접점재 제조방법에 관하여 상세히 설명한다. 도 6 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 접점재 제조방법에 따른 제조과정을 설명하기 위한 도면이다.Hereinafter, a method for manufacturing a contact material according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 6 to 10 . 6 to 10 are views for explaining a manufacturing process according to a method for manufacturing a contact material according to an embodiment of the present invention.
먼저 도 6을 참조하면, 은(Ag)분말, 니켈(Ni)분말, 흑연(graphite)분말을 섞어 믹싱분체를 형성하고, 믹싱분체를 소결(燒結, Sintering)하여 소결체(100)를 형성한다. 믹싱분체는 은(Ag)분말, 니켈(Ni)분말, 흑연(graphite)분말이 균일하게 섞인 분말체를 의미하며, 그 성분은 은분말 92 ~ 96 중량 %, 니켈분말 1 ~ 3 중량 %, 흑연분말 3 ~5 중량 %로 이루어질 수 있다.First, referring to FIG. 6 , silver (Ag) powder, nickel (Ni) powder, and graphite powder are mixed to form a mixing powder, and the mixing powder is sintered to form a sintered
믹싱분체를 고압으로 가압한 후 은(Ag)의 녹는점 가까운 온도로 가열하면 각각의 분말이 서로 결합되어 합금 형태의 소결체(100)를 형성하게 된다. 소결체(100)는 이후 압출 과정을 수행하기 위하여 기둥형태로 형성될 수 있다.When the mixing powder is pressurized at a high pressure and heated to a temperature close to the melting point of silver (Ag), the respective powders are combined with each other to form the
이어서 도 7을 참조하면, 앞서 제조한 소결체(100)를 압출 가공하여 선재형태의 1차 가공선재(200)를 형성한다. 1차 가공선재는 내부 구성 성분이 상기 소결체(100)와 동일하며 다만 실제 제조하기 위한 접점재(1)의 두께보다 약간 두껍게 형성될 수 있다. 1차 가공선재(200)는 소결체(100)가 압출 과정을 거쳐 이루어진 것으로 소결체(100) 보다 밀도가 증가할 수 있다.Then, referring to FIG. 7 , the previously prepared
이어서 도 8을 참조하면, 1차 가공선재(200)를 산소분위기에서 가열하여 탈탄층(11)이 형성된 2차 가공선재(300)를 형성한다. 2차 가공선재(300)는 탄소(C)를 포함하는 코어층(10)과, 코어층(10) 외측을 둘러싸는 탈탄층(11)으로 이루어진다. 탈탄층(11)은 1차 가공선재(200)의 표면이 산소에 의해서 탄소가 제건된 층을 의미하며, 고압의 산소분위기에서 고온으로 가열함으로써, 소결된 상태의 1차 가공선재에서 탄소를 제거할 수 있다.Next, referring to FIG. 8 , the
탈탄층(11)의 두께는 산소의 압력, 가열 온도, 공정 시간에 의해 제어할 수 있다. 예를 들어, 산소압력이 증가하면 산소침투 속도를 증가시킬 수 있어 탈탄층(11)의 형성을 빠르게 진행할 수 있으며, 온도가 높으면 반응 속도가 빨라져 탈탄층(11)의 형성 속도도 빨라지게 된다. 또한, 공정시간을 길게 하면 탈탄 깊이가 깊어지면서 전체적인 탈탄층(11)의 두께를 증가시킬 수 있다.The thickness of the decarburized
탈탄층(11)의 두께를 정밀하게 제어하기 위해서는 산소압력을 3 ~ 7kg/cm2로 조절하고, 온도를 600 ~ 800 도로 비교적 낮게 설정하고 공정시간을 조절하는 것이 바람직하다. In order to precisely control the thickness of the decarburized
이어서 도 9를 참조하면, 2차 가공선재(300)의 면 중 어느 한 면의 탈탄층(11)을 제거하여 접점면(12)을 형성한다. Next, referring to FIG. 9 , a
탈탄층(11)은 탄소가 제거되어 용접성이 좋아지는 반면에 접점재로서의 성능이 저하될 수 있어 코어층(10)이 노출되도록 제거되어야 한다. 탈탄층(11)은 연마과정에서 표면이 마찰에 의하여 변성되는 것을 방지하기 위하여 습식 연마 방식으로 제거된다. 즉, 2차 가공선재(300)의 일면은 습식 연마하여 코어층(10)이 외부로 노출되어 접점면(12)을 형성한다. 접점면(12)은 중앙 부분에 코어층(10)와 외측에 탈탄층(11)으로 이루어질 수 있으나, 실제 코어층(10)의 비율이 대부분을 이루고 있어 접점재(1)로서의 특성을 유지할 수 있다. The decarburized
이어서 도 10을 참조하면, 탈탄층(11)이 제거된 2차 가공선재(300)를 절단하여 접점재(1)를 형성한다. 접점재(1)는 2차 가공선재(300)를 필요한 크기만큼 절단하여 형성할 수 있으며, 이후 접점면(12)과 용접면을 구분할 수 있도록 용접면 등에 요철 가공 등을 추가할 수 있다. Next, referring to FIG. 10 , the contact material 1 is formed by cutting the secondary
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will realize that the present invention may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. You will understand. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
1: 접점재
10: 코어층
11: 탈탄층
12: 접점면
100: 소결체
200: 1차 가공선재
300: 2차 가공선재1: contact material
10: core layer
11: decarburized layer
12: contact surface
100: sintered body
200: primary overhead wire rod
300: secondary overhead wire rod
Claims (6)
상기 믹싱분체를 소결(燒結, Sintering)하여 소결체를 형성하는 (b) 단계;
상기 소결체를 압출 가공하여 선재 형태의 1차 가공선재를 형성하는 (c)단계;
상기 1차 가공선재를 산소 분위기에서 가열하여, 탄소를 포함하는 코어층과 표면의 탄소를 제거하여 상기 코어층을 둘러싸는 탈탄층으로 이루어진 2차 가공선재를 형성하는 (d) 단계;
상기 2차 가공선재의 면 중 어느 한면의 상기 탈탄층을 제거하여 접점면을 형성하는 (e) 단계;
상기 탈탄층이 제거된 상기 2차 가공선재를 절단하여 접점재를 형성하는 (f) 단계를 포함하는 접점재 제조 방법.(a) forming a mixing powder by mixing silver (Ag) powder, nickel (Ni) powder, and graphite powder;
(b) forming a sintered body by sintering the mixed powder;
(c) extruding the sintered body to form a primary overhead wire in the form of a wire rod;
(d) heating the primary overhead wire in an oxygen atmosphere to form a secondary overhead wire including a core layer containing carbon and a decarburized layer surrounding the core layer by removing carbon on the surface;
(e) forming a contact surface by removing the decarburized layer on one of the surfaces of the secondary overhead wire;
and (f) forming a contact material by cutting the secondary overhead wire material from which the decarburized layer has been removed.
상기 탈탄층의 두께는 상기 접점재의 두께의 5 ~15%인 접점재 제조방법.According to claim 1,
The thickness of the decarburized layer is a contact material manufacturing method of 5 to 15% of the thickness of the contact material.
상기 탈탄층은 잔류 카본이 상기 탈탄층의 전체 중량 대비 0.1% 이하인 접점재 제조방법.According to claim 1,
The decarburized layer is a contact material manufacturing method in which residual carbon is 0.1% or less based on the total weight of the decarburized layer.
상기 (d) 단계는, 3 ~ 7kg/cm2의 압력범위의 산소분위기에서 600~800도로 가열하는 접점재 제조방법.According to claim 1,
The step (d) is a contact material manufacturing method of heating at 600 to 800 degrees in an oxygen atmosphere in a pressure range of 3 to 7 kg/cm2.
상기 은분말, 상기 니켈분말, 상기 흑연분말은 각각 92 ~ 96 중량 %, 1 ~ 3 중량 %, 3 ~5 중량 %로 이루어진 접점재 제조방법.According to claim 1,
The silver powder, the nickel powder, and the graphite powder are each 92 to 96 wt%, 1 to 3 wt%, 3 to 5 wt% of the contact material manufacturing method.
상기 (e) 단계는, 상기 2차 가공선재를 습식 연마하여 상기 탈탄층을 제거하는 접점재 제조방법.
According to claim 1,
The step (e) is a contact material manufacturing method of removing the decarburized layer by wet grinding the secondary overhead wire.
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