多年来, 氟特加表面改性处理剂作为俄罗斯的一项军事专用技术,虽然在军用方面涉及到了如航空航天、战车、舰船等诸多高端领域以及其它军事机械制造等领域的运用,但在民用方面并未普及。真正揭开其神秘面纱,还是在不久前经俄罗斯军方解禁才得以实现。目前,氟特加表面改性处理剂已经使用的范围,对其潜在应用范围而言,还只是冰山一角。对氟特加表面改性处理剂应用领域的拓展、潜力的发掘,还有待于科研部门、应用部门和氟特加公司共同来完成。这里介绍的应用领域只是其中一小部分。
表面涂层技术与材料、加工工艺并称为现代机械制造的三大关键技术。在我国机械制造领域,基础材料与加工工艺方面与发达国家存在着较大差距,这是机械制造和应用领域的行家共同的感受。比如:为什么我国的国产车辆(包括战车)在实际运行中的功率不到设计功率的
90% ;为什么国内生产的许多刀具、模具、橡胶密封件的价格和使用寿命仅相当于从国外进口产品的十分之一;为什么我国最先进的静音轴承的异音和振动指标仅相当于从国外进口产品的初级标准;为什么我国的许多高端工具和机械产品在国际上竞争力不强,基础材料和加工、制造工艺的不足是其根本原因。表面涂层技术的应用可以在一定程度上弥补基础材料和加工、制造工艺的不足。当然,即使在基础材料和加工、制造工艺比较完善的国家,表面涂层技术的应用也是必不可少的。
表面涂层技术是应市场需求发展起来的,该技术的应用可使机械加工工具和机械产品获得更加优良的综合性能,从而大幅度提高机械加工效率、加工工具和成品机械的使用寿命,进而满足现代机械加工高效率、高精度、高可靠性要求,成为现代机械加工的关键技术之一。
在这样的背景下, 氟特加表面涂层技术的面世,对发展我国的机械制造业,提高机械产品的国际市场竞争力,无疑将产生很大的推动作用。事实证明,在机械制造和使用领域运用表面涂层处理技术,可以达到非常卓越的效果——
| 类别 |
具体应用项目
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效果
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| 机器和机械
摩擦的零件 |
侧滑和摇摆的轴承 |
工作时限增加到原来的二倍至十倍,摩擦阻力降低到原来的十分之一甚至十分之一以上。
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| 煤气行业 |
对组元主线导管电磁控制活门的锁闭元件的加工处理 |
将它的使用时限提高了一百倍。 |
| 锻压设备 |
对锻压设备的阳模和阴膜的处理加工以及对起密封设备的处理 |
将工作时限提高到原来的两倍甚至更多倍。 |
| 海洋船舶
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KH - 4 压缩机 |
使用时限提高到原来的三倍。 |
| ЭMH 螺旋泵 |
使用时限提高到原来的三倍。
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| 液压马达 |
使用时限提高到原来的两倍。
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| 锁闭设备 |
使用时限提高到原来的三倍。
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| ИP П-3012 型 橡胶密封部件
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使用时限提高到原来的十倍。
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| 舵面控制系统摩擦部件 |
使用时限提高到原来的五倍。
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| 柴油机的附件
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柴油机附件的燃料增压设备和注油设备 |
将泵的压力和喷射器压力之间的最大压力差减小八十到一百千克每平方厘米,同样地,这一措施也使燃料泵传动装置部件上的机械载荷所产生的压力降低了三十至四十千克每平方厘米,并将喷射压力提高了五十至六十千克每平方厘米,以使燃料的喷雾质量得以提高,并节约柴油达到三至五克每马力小时。
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制冷压缩机 |
压缩机主机、散热器、蒸发器 |
使使用时限延长三倍,新压缩机性能提高5—6%,旧压缩机提高10—30%。 |
| 工艺设备
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金属切削机床摩擦部件的加工处理 |
提高了工作机械的反馈放大和“软化”的精确度,也提高了设备的使用时限。
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| 任何摩擦部件进行加工处理 |
能够保证增加其使用时限(检修间走行公里)达到原来的一点五至二倍。
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| 橡胶工业产品(
PT И ) |
工业橡胶制品(密封垫) |
工作寿命增加到 6~10倍。 |
| 罩碗式等密封件 |
获得较高的稳定性,它们的耐磨性得到提高(到
10倍),抗老化性能提高(到3倍)。 |
| 工业橡胶制品 -金属,工业橡胶制品-聚合物,工业橡胶制品-陶瓷和工业橡胶制品-工业橡胶制品偶件
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摩擦系数明显降低。
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| 金属切削工具
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车刀 |
坚固性提高到了原来的 1 . 5 到 6 倍;(
S10mm3 – 0.09 克 ) |
| 铣刀 |
坚固性提高到了原来的
1.4 到 2 倍;( S10mm3 – 0.09 克 ) |
| 重车钻头 |
坚固性提高到了原来
3 到 10 倍;(S5mm2 – 0.05 克 。S35 mm2
– 0.5 克 ) |
| 丝锥 |
坚固性提高到了原来的
4 倍到 30 倍。( S5mm2 – 0.05 克 。S35 mm2
– 0.5 克 ) |
| 冲压工具
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拉伸冲压工具( 在 取消表面铬化处理
情况下) |
坚固性提高到原来的二倍到四倍。
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| 冲裁模 |
坚固性提高到原来的二倍到八倍。
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| 压模
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使橡胶产品得以固化的压模 |
工具的坚固性平均提高三倍,既避免了工具铬化处理,也避免了对硅铜润滑油的使用。
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| 使塑料制品流出的压模 |
坚固性平均提高三倍,既避免了工具铬化处理,也对硅铜润滑油的使用得以避免或者降低了七至九成,既提高了表面的质量,也提高了相应产品的回收使用率,方便于将制品从工具上拆卸下来的过程
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| 金属的磨光与抛光 |
砂轮 |
坚固性提高到一点五倍,加工的产品表面光洁度明显提高。
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| 聚合物、弹性
材料、封口胶
等的生产 |
设备和反应器 |
可以排除高分子化合物合成时的近壁催化效应,保证管道等内的液体接近层流工况;在与半制品质量提高的同时,主要产品的产量在许多情况下提高到
1.1~1.5倍;设备的工作寿命大大提高。 |
| 炸药 |
膨化炸药 |
避免膨化炸药吸潮结块,增加爆破瞬间供氧,提高炸药爆破功效
1 倍以上。 |
| 防水 |
陶瓷短纤维 |
从根本上解决了 陶瓷短纤维粘附 |
当氟特加表面改性处理剂 广泛应用到航空航天、机械、设备、化工、金属和橡胶加工、车辆以及微电子机械系统(
MEMS) 等领域,使用者能立即体会到如下优越性:
在任何涉及耐磨减摩、抗粘着、耐腐蚀、防水防油污、增强密封、抗老化和其它相关特殊领域,
氟特加 表面改性处理剂 可以解决其它任何浅表涂层材料解决不了的问题 ;
有效延长设备运转寿命;
有效减少能耗 ;
提高加工精度,提升机械加工产品档次;
提高输出功率,使机械适应更加苛刻的负荷、温度、温度等环境;
有效降低机械磨擦部位的工作温度 ;
有效清洁润滑系统,延长润滑油使用寿命;
有效增强机械和基础润滑油防锈防蚀、抗氧化能力;
显著减少维护停机时间、降低劳动强度和零配件费用;
改善工作环境,促进环境保护;
全面提高设备的生产力和生产效率 , 增强企业的盈利能力和市场竞争力 。
氟特加氟碳涂层材料研究源起于太空技术的需要,应用始于航天器的摩擦、密封组件。航空航天器对耐极压、耐磨损涂层的要求是不改变精密组件的公差、无固体颗粒、化学稳定性和热稳定性高、耐候性强、减摩抗磨和节能效果好、综合性能持续时间长。
在航天器上,主要应用于航天器的摩擦组件和密封设备。对真空设备和无油调节齿轮,采取热处理工艺。对其它有油润滑的摩擦件,采取热处理和介质处理复合工艺。对氟橡胶、氟塑料密封件,以及绝缘电线包覆的氟塑料管,使用氟特加橡胶、塑料氟碳涂层处理剂及工艺。
在航空发动机上,主要应用于发动机的摩擦组件和喷油嘴以及橡胶、聚四氟乙烯轴封。对有油润滑的摩擦组件,采用热处理和介质处理复合工艺。对喷油嘴采用热处理工艺,主要解决喷油嘴积炭和耐冲蚀问题。对飞机落地轮轴承,使用氟碳润滑脂。对其它部件的处理同航天器。
对整车(船)摩擦组件的处理——
氟特加表面改性处理剂对整车(船)摩擦组件的处理,主要是采取介质处理的方式进行,处理的部位主要包括对发动机和传动部分的处理。
对发动机:可将发动机缸体和轴承的摩擦阻力降低90% ,气缸压缩比平均提高 14%
,燃油消耗平均节省 10% ,润滑油消耗节省50%以上 ,减少磨损,全面清洗积碳和胶质,提高气缸的密封性,进而降低发动机温度,提高发动机工作动力,省去发动机在设计年限的大修,延长发动机使用寿命。
对传动部分:降低摩擦部位的磨擦阻力,减少磨损,提高齿轮箱的密封性,进而减少动力转换过程中的能量耗损,提高车辆的实际工作动力。
在实际运用中,也曾将氟特加表面改性处理剂添加于燃油中,能够明显提高燃烧质量,显著提高车辆动力。但这种做法仅限于在
F1 赛车中使用,不提倡在普通车辆上使用。
经过对军用战车和民用车辆的应用测试,在使用氟特加表面改性处理剂后,可以稳定地降低发动机振动水平(特别是在 6-10000
赫兹的频率区内),润滑油中磨损物 ( 铁、铜、锌、铅、和镍 ) 的含量降低 6-10% ;在使用30分钟时,即可明显见效,发动机的气缸压缩比大大提高;在使用后运行至
1500 公里时,气缸压缩比与初始值相比平均增长14% ,油耗和振动明显减小,油耗平均降低 10% 。
对车辆(船舶)摩擦零配件、密封件的处理——
对车辆(船舶)摩擦组件处理的意义不仅仅在于对整车(船)的处理上,在对车辆(船舶)摩擦部件单独进行处理,效果也是十分明显的,对于提高零配件的使用寿命、工作性能,进而提高零配件的市场竞争力,也会带来意想不到的效果。
发动机缸体和活塞——增强气缸密封性,气缸压缩比平均提高14% ,缸体和活塞磨损减少到十分之一以下,清除缸内积碳和胶质,减少积碳,避免积碳附着,可有效避免拉缸现象发生,在设计使用年限内可免大修。
发动机轴承——经过氟特加表面改性处理剂热处理,可由普通润滑条件下的PB值从94KG
提高到114KG ,使用寿命可提高1–2倍,工作性能更优于介质处理。
齿轮——经过氟特加表面改性处理剂热处理,可明显提高齿轮的承载力几个量级,由普通齿轮油润滑条件下的PB值从120KG提高到152KG
,降低摩擦和减少磨损。使齿轮的磨损量减少55%;能保障剖面形状均匀改变,类似于等距磨损,延长齿轮的使用寿命2倍以上;同时减少能量转换过程中的耗损,提高车辆行驶中的实际动力。
柴油机喷油嘴——经过氟特加表面改性处理剂热处理,可大大降低喷油嘴的磨损,提高喷射压力,保证油嘴的均匀喷油,提高喷雾质量,提高燃油燃烧比率,进而提高发动机功率,节省燃油,降低污染物排放。
柴油发动机喷油泵—— 将泵的压力和喷射器压力之间的最大压力差减小八十到一百千克
/ 平方厘米,也使燃料泵传动装置部件上的机械载荷所产生的压力降低了三十至四十千克 / 平方厘米,并将喷射压力提高了五十至六十千克
/ 平方厘米,以使燃料的喷雾质量得以提高,并节约柴油达到三至五克 / 马力小时。
车辆(船舶)橡胶密封件——经过氟特加橡胶、塑料表面改性处理剂热处理,密封件的耐磨性能可提高6-10倍甚至更多,抗老化性能提高3倍,可提高密封效果。
车辆(船舶)加工机械、刀具、模具——经过氟特加表面改性处理剂处理后,可提高加工机械运动的平稳性(主要作用于机械的轴承部位),提高刀具的使用寿命和降低所加工零件的表面粗糙度,提高模具使用寿命和脱模效果以及降低产品表面粗糙度。(详细情况见氟特加表面改性处理剂与加工工艺。)
在车辆上的使用,包括军用战车、铁路车辆、民用轿车、大型载重车、装载机、挖掘机、泵车、搅拌车、摩托车以及赛车摩擦组件、密封件中的使用,具有同等效能。
在高速列车的使用,包括列车内燃发动机缸体、活塞和轴承、压缩机、车轮轴承等,能达到相应效果。特别是在车轮等使用润滑脂的轴承部位,使用氟特加含氟润滑脂,即可对轴承进行介质处理,能起到抗磨减摩、提高轴承寿命的效果。对电动机车电力传导杆处理后,可减少磨损,延长使用寿命,并不影响其导电性能。
对于在舰艇和远洋轮、赛艇上的使用,在俄罗斯都有广泛的成功案例可借鉴,在船舶上的使用还包括压缩机、螺旋泵、液压马达、锁闭设备、舵面控制系统摩擦部件的处理,使用寿命可提高
3-5 倍 。
氟特加表面改性处理剂在工业机械领域里的应用非常广泛,效果更加卓越。
在钢铁冶金行业,对各种大、中、小型电动机械设备(如鼓风机、风扇、轧机、发电设备等的轴承)、对各种型号的空压机、煤气压缩机、碾磨机、输送机的缸体、轴承、齿轮等摩擦部位,经过氟特加表面改性处理剂处理后,经过1个小时的运行,这些设备因摩擦磨损导致的温度过高、电流量过大、振动和噪音过大等问题就会有明显改变,经过20个小时的运行,各项指标就有可能恢复到甚至优于设计指标,这要视磨损程度不同而有所不同。氟特加表面改性处理剂在钢铁冶金行业设备中的使用,作用部位主要是设备的摩擦组件,既可以在组装之前(或大修期间)对备用件或尚能继续使用的摩擦组件零件进行热处理;也可以采取介质处理方式,对成装设备进行处理,即在设备的工作状态下实施,保持设备运转的连续性,达到处理效果。所产生的效益既体现在对轴承及连带设备(减少振动带来的破坏)的保护上,也突出体现在减少耗油、耗电、振动、噪音以及减少停工维修所创造的价值上。在实际运用中,曾使用氟特加表面改性处理剂对钢铁厂热鼓风机轴承进行处理,原来4-5个月就容易出现一次烧瓦事故,经处理的轴承连续运行27个月没有出现烧瓦问题,并能继续使用。
在煤炭行业,对采煤机、掘进机的轴承、挖掘钻头;刮弧机、皮带机、卷扬机的齿轮、链条;转载机的传动部位;破碎机的轴承;抓岩机、装煤机的轴承和传动部分;风机、空压机的轴承、曲柄轴箱;以及煤炭加工工具的表面处理,都会产生非常突出的效果。处理方式也包括介质处理和热处理方式。
在水泥行业,对搅拌器传动装置的传动齿轮和耳轴、旋转窑的轴承和齿轮箱、各种鼓风机轴承、泥浆搅拌机的驱动器、装载机的变速器、轧碎机的轴承、碾磨机的蜗齿轮、磨煤机的齿轮箱、磨煤机扇轴承、碎石机和自动泵的齿轮和轴承、轧机轴承、精磨轴颈轴承等都有与上述行业中运用具有同等效能。
在发电行业,对各类轮机的轴承和齿轮、送风机轴承、碾磨机的蜗齿轮、磨煤机的齿轮箱、磨煤机扇轴承、空压机等进行处理,具有同等效能。
在轴承等零部件制造行业,采用氟特加表面改性处理剂处理工艺对轴承进行处理,可明显提高轴承的承载力和耐磨性,降低轴承在使用过程中的摩擦阻力,降低振动(
特别是在6-10000赫兹的频率区内 )和噪音,(对轴承密封件处理和使用氟特加润滑脂后)提高轴承的密封性能。对机器人轴承,在降摩减磨、延长寿命的同时,可提高使用过程中的精度和运转灵活程度,减小游隙和误差。
在电梯行业,对各类电梯传动机构的摩擦部件通过氟特加表面改性处理剂处理后(热处理或介质处理),可提高摩擦组件耐磨性,延长使用寿命2倍以上,提高电梯运行的平稳性,减少电梯耗电,增强电梯使用的安全性和舒适感。
在微电子机械行业,由于氟特加表面改性处理剂所形成的保护膜厚度只有4-8纳米,
被加工零件的几何尺寸实际上基本保持不变,加上氟特加表面改性处理剂不含任何固体物质,为在微电子机械系统(MEMS)如微型马达、微型齿轮、微型开关等方面的使用氟特加表面改性处理剂提供了极便利的条件
。对仪器和机械摩擦部件的精密欧姆表零件(钟表、引航仪表以及其它的类似仪表),使摩擦系数降低到原来的八分之一到十分之一;使损伤降低到原来的二分之一到五分之一;使静止触动力矩降低到原来的千分之一到万分之一;预防了润滑油的溢出。
氟特加表面改性处理剂在工业设备中的使用,其实是无法用行业来划分或选择的。无论任何设备的摩擦部位,使用氟特加表面改性处理剂都会收到降低摩擦、减少磨损、降低振动、噪音和温度、减少耗油和耗电、保持设备连续运转、提高生产效率的作用,特别是对一些经常出现高温、高磨损、高消耗从而导致不能正常运转的设备,
氟特加表面改性处理剂独有其效。在使用中,不存在任何副作用,更不用担心纳米级材料所形成的团聚、堵塞等问题发生。
氟特加表面改性处理剂在工艺设备中的应用,对金属切削机床摩擦组件进行处理(可对轴承进行热处理或通过润滑脂进行介质处理),可提高执行机构的定位精度和工作“柔性”,
减少由摩擦热所引起的热变形,保持较好的加工精度,提高设备的工作寿命。任何摩擦副经过处理都能使工作寿命(两次大修之间的运程)增加到1.5
~ 2倍。
氟特加表面改性处理剂对加工工具的处理,体现在提高寿命和降低被加工表面粗糙度上。
对金属切削工具——经氟特加表面改性处理剂处理后,在降低被加工表面粗糙度(视使用条件而定)的同时,可以提高切削工具的寿命:车刀提高到1.5
~ 6倍;铣刀提高到1.4 ~ 2倍;重磨钻头提高到3-10倍;螺丝攻提高到4-30倍。在刀具使用过程中,如果采用氟特加含氟切削液,能进一步提高刀具使用寿命和加工精密程度。
对冲压工具——拉伸模经过处理寿命可提高到2 ~ 3倍,在这种情况下,可取消表面铬化处理;冲裁模经过处理寿命可提高到2
~ 4倍。
对压模——橡胶制品硫化用压模经过处理,工具寿命平均提高到3倍,在这种情况下可取消工具铬化处理;塑料制品浇注压模经过处理,工具寿命平均提高到3倍,在这种情况下,可取消工具铬化处理,硅酮润滑脂可以免用或减少到1/3,表面质量提高,产品合格率提高,产品卸模容易。
对金属磨光和抛光砂轮——用氟特加表面改性处理剂混合料浸渍过的砂轮的试验证明,两次修整之间的砂轮寿命提高到1.5倍,直到完全磨损的寿命提高到1.3倍,避免了微裂缝和烧损。
经过氟特加表面改性处理剂处理过的工业橡胶制品(密封垫)的工作寿命可增加到6 ~ 10倍。罩碗式等密封件可获得较高的稳定性,因为经过氟特加表面改性处理剂处理后,使橡胶制品由不稳定变成有限稳定,而有限稳定在许多情况下都会变成化学稳定。在这种情况下,由于形成了坚固的表面膜,降低了周围环境的影响,使其耐磨性提高到10倍,抗老化性能提高到3倍。经过处理的塑料制品(特别是聚四氟乙烯塑料),可明显提高耐摩擦、耐油、耐老化性(视情况不同有所不同)。
工业橡胶制品-金属,工业橡胶制品-聚合物,工业橡胶制品-陶瓷和工业橡胶制品-工业橡胶制品偶件中,使用氟特加可使摩擦系数明显降低。
氟特加表面改性处理剂在金属合金型材及产品表面处理方面的作用机理和效果,与对各种机械金属摩擦组件的处理是相同的。处理方式视情况可采取热处理或冷处理。
金属合金(如镁铝合金、铝合金等)型材及产品经氟特加表面改性处理剂处理后,可以显著提高其表面坚固性以及耐磨、抗粘着、耐腐蚀和抗氧化功能。由氟特加表面改性处理剂形成的保护膜牢固性极强,不会出现脱落现象。能有效防止合金受到空气的腐蚀以及盐的腐蚀,特别是在难以接近的位置。
视产品使用要求,可取消电镀及化学镀层。实践证明,对拉伸模具,在取消铬化处理的情况下,采用氟特加表面改性处理剂处理后,拉伸膜的坚固性提高了2-4倍。在某些应用领域取消镀层,能收到很好的环保和经济效益,提高金属合金产品的市场竞争力。
经过处理过的合金件,在回收过程中不存在合金材料和其它镀层材料的分离或环保方面的问题,更方便合金材料的回收利用。
氟特加表面改性处理剂在聚合物、弹性体和封口膏的生产中,对设备和反应器表面进行处理,可以排除高分子化合物合成时的近壁催化效应,保证管道内的液体接近层流工况;在半制品质量提高的同时,主要产品的产量在许多情况下提高到1.1
~ 1.5倍;设备的工作寿命大大提高。
经过在湖北荆门化工厂的实验证明, 氟特加表面改性处理剂在对膨化炸药进行处理后,有效地防止了吸潮结块问题,保持了炸药质量的稳定,改善了爆炸时的供氧条件,提高了实际爆破当量。对陶瓷短纤维产品进行处理后,有效地解决了陶瓷短纤维因吸潮而导致粘着的老大难问题。解决这些问题,得益于氟特加表面改性处理剂突出的憎水特性。
氟特加表面改性处理剂因其极强的化学稳定性,以及所成保护膜对物体表面的屏蔽功能,经过 氟特加表面改性处理剂处理的物体表面,能有效地防止受大气中潮气和腐蚀介质(海水,盐溶液等)作用,有着很好的耐化学药剂、耐辐射效果。比如,能使青铜的磨蚀系数降底。
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