EP0007664A1 - Process for coating and soldering workpieces with hard-metal alloys - Google Patents
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- EP0007664A1 EP0007664A1 EP79200384A EP79200384A EP0007664A1 EP 0007664 A1 EP0007664 A1 EP 0007664A1 EP 79200384 A EP79200384 A EP 79200384A EP 79200384 A EP79200384 A EP 79200384A EP 0007664 A1 EP0007664 A1 EP 0007664A1
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- B22F7/08—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools with one or more parts not made from powder
Definitions
- the invention relates to a method for coating and soldering workpieces with hard metal alloys, mixtures of hard metal alloys with hard materials or soft or hard soldering in molds, by applying these alloys or mixtures in powder or granular form, optionally with the addition of binders, such as plastics, on the workpieces to be coated in the respective desired layer thickness, adjustment of this layer thickness if necessary by means of spacers and subsequent heat treatment of the whole.
- the invention has for its object to avoid these and other disadvantages of the prior art and to propose a method which allows a high hard material or carbide concentration to be effected on the upper part of the armor layer which is first exposed to wear.
- the use value and the service life of the armor should be increased and the coating material used should be fully used.
- the process should be economical and enable flawless coatings in a short time.
- This object is achieved in that the powder or granular coating material in the form brings, the workpiece to be coated and heated if necessary under pressure.
- self-flowing hard metal alloys based on Ni or Cu, mixed with B, Si and / or P, are preferably used as powder or granular coating material.
- Mixtures of hard metal alloys with hard materials can also be used to the same extent as powder or granular coating material.
- Hard materials within the scope of the invention are e.g. B. carbides such as WC, borides and nitrides. Minerals such as quartz, corundum and diamond are also suitable as hard materials. Hard materials coated with metals can also be used, as well as mixtures of different hard materials.
- soft or hard solders based on Cu, Ag, Cd and / or Pb are used as powder or granular coating material.
- One embodiment of the invention is that after the powder or granular coating material has been introduced, a layer of a material which reduces the tension is introduced.
- a powder or granular coating material having a lower hardness than the powder or granular coating material first introduced into the mold can be used.
- the whole can be heated in an oven. It can also be done inductively or used for this a salt bath. Furthermore, the heating can be carried out under an inert atmosphere.
- the workpiece can also be coated under pressure.
- solder dissimilar materials for example hard metals
- This option is important when different stresses on the workpiece require the use of materials with different chemical and physical properties.
- the cover immediately develops its wear-resistant properties and does not need to be worn down to a certain degree. This significantly increases the durability of the applied layers.
- the proposed procedure is very versatile.
- the weight of the coating material of the so-called carrier presses into the melt during the coating process and solidifies it. Due to the weight of the carrier or an additional load, liquid metal is also pressed into narrow gaps or drawn in by capillary action.
- This process which corresponds to a soldering process, not only makes it possible to coat surfaces lying horizontally, but also surfaces standing vertically and shaped in various other ways. Furthermore, all sides can flow around the liquid alloy Coating of workpieces can be effected. Another advantage is that the powder does not have any run-on problems.
- the liquid alloy does not flow off or only incompletely on the walls of the mold.
- the result is that not only is valuable coating material lost, but the mold also has to be cleaned or freed of adhering powder after each coating operation, which is time-consuming.
- the surface of the armor layer is homogeneous and smooth.
- a hard metal alloy powder 3 made of CrNiBSi with a fraction of 30 to 100 ⁇ m is loosely poured into the mold 1.
- the loose powder is pre-compacted by vibration and leveled in the process.
- the cleaned, dust and dirt-free valve seat ring is placed as workpiece 2 to be coated.
- Mold 1 and workpiece 2 are heated together in a vacuum oven for 1 1/2 hours at a temperature of 1050 C in a vacuum of 10 -2 to 10 -4 Torr. It is then cooled in the oven and the coated workpiece is removed from the mold.
- valve cones are coated, as is often the case in the fittings industry.
- Form 1 made of porcelain with a dimensionally accurate and particularly smooth inner surface the coating material 3, a Co-Cr-WB hard alloy with approx. Workpiece 2 is placed on a powder surface 3 and fixed by a guide 8, so that vertical immersion into the melt ensures is guaranteed.
- this guide takes over the function of the spacer in that it only allows immersion to a pre-calculated depth.
- the powder is melted by inductive heating in an inert atmosphere.
- a tightly tolerated coating is achieved, so that only a very fine machining is required to achieve the tightest tolerances and the highest surface smoothness.
- the highly wear-resistant hard alloy in powder form 3 consisting of a mixture with 50% by weight Ni-Cr-BrSi with approx. 60 HRc and tungsten carbides, is introduced and leveled in form 1.
- a stress-relieving Ni-Cr-B-Si alloy with 30 - 35 HRc 5 is also added as the second alloy.
- the carrier 2 is placed on this depot, which has been provided on the inside with a spacer 4 consisting of Ni-Cr-B-Si bare rods and a sand cast core.
- the fusion bonding was carried out in accordance with Example 1.
- the clamping forces are transmitted to the tough support by using a steel support 2 made of, for example, St 37.
- a steel support 2 made of, for example, St 37.
- a double or triple fill of alloys is used different chemical composition and hardness. This relieves high stresses that act on the brittle wear layer in the event of heavy impact, impact or pressure loads.
- a carrier is placed as a workpiece 2 to be coated from St 37 together with a tube 7 made of austenitic material 1.4571 onto the powder depot 3, consisting of a Ni-Cr-B-Si alloy with 60 HRc.
- the tube 7 is pressed down to the bottom of the mold. In order to prevent the powder from accumulating on the inside of the tube, it is suctioned off before it is inserted into the furnace.
- the system is now heated in a vacuum oven above the melting point of the powder.
- the carrier 2 sinks to the stop attached to the tube 7.
- the soldering gap between the carrier 2 and the tube 7 is filled with the coating material 3 and a firm connection is produced.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten und Löten von Werkstücken mit Hartmetall-Legierungen, Gemischen aus Hartmetall-Legierungen mit Hartstoffen oder Weich- oder Hartlöten in Formen, durch Aufbringen dieser Legierungen oder Gemische in Pulver-oder körniger Form ggf. unter Zusatz von Bindern, wie Kunststoffe, auf die zu beschichtenden Werkstücke in der jeweiligen gewünschten Schichtdicke, Einstellung dieser Schichtdicke ggf. durch Abstandshalter und anschließender Wärmebehandlung des Ganzen.The invention relates to a method for coating and soldering workpieces with hard metal alloys, mixtures of hard metal alloys with hard materials or soft or hard soldering in molds, by applying these alloys or mixtures in powder or granular form, optionally with the addition of binders, such as plastics, on the workpieces to be coated in the respective desired layer thickness, adjustment of this layer thickness if necessary by means of spacers and subsequent heat treatment of the whole.
Es ist bekannt, zum Erzeugen scharfer Kanten beim Panzern von Maschinenteilen und Werkstücken mit Hartmetall-Legierungen oder Gemischen aus Hartmetall-Legierungen mit Hartstoffen so zu verfahren, daß man um die zu panzernden Werkstücke in einem der jeweiligen Panzerschichtdicke entsprechenden Abstand ein aus anorganischem Material oder Metall bestehende Form herumlegt, in den zwischen Werkstück und Form gebildeten Hohlraum die zum Panzern bestimmte Masse aufgibt und im Vakuum oder unter Anwendung von Schutzgas sintert. Nach dem Sintervorgang kann dann die die Werkstücke umgebende Form ganz oder teilweise weggeschliffen werden (DT-OS 19 21 568).It is known to produce sharp edges when armoring machine parts and workpieces with hard metal alloys or mixtures of hard metal alloys with hard materials in such a way that one around the workpieces to be armored at a distance corresponding to the respective armor layer thickness is made of inorganic material or metal puts the existing mold around, in the cavity formed between the workpiece and the mold gives up the mass intended for armoring and in a vacuum or under application Protection gas sinters. After the sintering process, the shape surrounding the workpieces can then be wholly or partially ground away (DT-OS 19 21 568).
Nach diesem Verfahren gelingt es, scharfe Konturen und Kanten auf Werkstücke aller Art in gewünschter Dicke zu erzeugen. In einigen Fällen zeigt es sich jedoch, daß nach diesem oder nach anderen bekannten Verfahren hergestellte Panzerungen die statistische Verteilung der Hartstoffe oder Karbide im fertigen Überzug nicht optimal ist, d. h. daß die spezifisch schwereren Hartstoffe oder Karbide entsprechend der Schwerkraft nach unten absinken. Das bedeutet, daß an dem oberen Teil der Panzerung eine Verarmung an diesen Hartstoffen oder Karbiden einiritt, während im unteren Teil der Panzerung eine Anreicherung stattfindet. Dies hat zur Folge, daß der Verschleißwiderstand der Panzerung erst nach einem gewissen Volumenverlust der Beschichtung optimal ist. Der Wirkungsgrad der Panzerung ist dadurch herabgesetzt und dessen Wirtschaftlichkeit vermindert.With this process, it is possible to create sharp contours and edges on workpieces of all kinds in the desired thickness. In some cases, however, it is found that armor made by this or other known methods, the statistical distribution of hard materials or carbides in the finished coating is not optimal, i. H. that the specifically heavier hard materials or carbides sink down according to gravity. This means that depletion of these hard materials or carbides occurs at the upper part of the armor, while enrichment takes place in the lower part of the armor. As a result, the wear resistance of the armor is optimal only after a certain volume loss of the coating. The efficiency of the armor is reduced and its economy is reduced.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese und andere Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein Verfahren vorzuschlagen, das es gestattet, eine hohe Hartstoff- oder Karbidkonzentration an der oberen, zuerst dem Verschleiß ausgesetzten Teil der Panzerschicht zu bewirken. Der Gebrauchswert und die Gebrauchsdauer der Panzerung soll erhöht und das eingesetzte Beschichtungsmaterial voll genutzt werden.The invention has for its object to avoid these and other disadvantages of the prior art and to propose a method which allows a high hard material or carbide concentration to be effected on the upper part of the armor layer which is first exposed to wear. The use value and the service life of the armor should be increased and the coating material used should be fully used.
Das Verfahren soll wirtschaftlich sein und in kurzer Zeit einwandfreie Beschichtungen ermöglichen.The process should be economical and enable flawless coatings in a short time.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man in die Form das Pulver oder körniges Beschichtungsmaterial einbringt, das zu beschichtende Werkstück einlegt und gegebenenfalls unter Druck erhitzt.This object is achieved in that the powder or granular coating material in the form brings, the workpiece to be coated and heated if necessary under pressure.
Als Pulver oder körniges Beschichtungsmaterial werden im Rahmen der Erfindung bevorzugt selbstfließende Hartmetall-Legierungen auf Ni- oder Cu-Basis, versetzt mit B, Si und/oder P eingesetzt.In the context of the invention, self-flowing hard metal alloys based on Ni or Cu, mixed with B, Si and / or P, are preferably used as powder or granular coating material.
In gleichem Maße können als Pulver oder körniges Beschichtungsmaterial auch Gemische aus Hartmetall-Legierungen mit Hartstoffen eingesetzt werden.Mixtures of hard metal alloys with hard materials can also be used to the same extent as powder or granular coating material.
Hartstoffe im Rahmen der Erfindung sind z. B. Carbide, wie WC, Boride und Nitride. Auch Mineralien wie Quarz, Korund und Diamant sind als Hartstoffe geeignet. Auch mit Metallen überzogene Hartstoffe können eingesetzt werden sowie Gemische aus verschiedenen Hartstoffen.Hard materials within the scope of the invention are e.g. B. carbides such as WC, borides and nitrides. Minerals such as quartz, corundum and diamond are also suitable as hard materials. Hard materials coated with metals can also be used, as well as mixtures of different hard materials.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden als Pulver oder körniges Beschichtungsmaterial Weich- oder Hartlote auf Basis Cu, Ag, Cd und/oder Pb eingesetzt.According to a further development of the invention, soft or hard solders based on Cu, Ag, Cd and / or Pb are used as powder or granular coating material.
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß man nach dem Einbringen des Pulvers oder körnigen Beschichtungsmaterials eine Lage eines die Spannung herabsetzenden Materials einbringt.One embodiment of the invention is that after the powder or granular coating material has been introduced, a layer of a material which reduces the tension is introduced.
Als die Spannung herabsetzendes Material kann ein Pulver oder körniges Beschichtungsmaterial mit niedrigerer Härte als das zuerst in die Form eingebrachte Pulver oder körnige Beschichtungsmaterial verwendet werden.As the stress relieving material, a powder or granular coating material having a lower hardness than the powder or granular coating material first introduced into the mold can be used.
Die Erhitzung des Ganzen kann in einem Ofen durchgeführt werden. Sie kann auch auf induktive Weise erfolgen oder man verwendet hierfür ein Salzbad. Ferner kann man die Erhitzung unter inerter Atmosphäre durchführen.The whole can be heated in an oven. It can also be done inductively or used for this a salt bath. Furthermore, the heating can be carried out under an inert atmosphere.
Nach der Erfindung kann die Beschichtung des Werkstückes auch unter Druck durchgeführt werden.According to the invention, the workpiece can also be coated under pressure.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß es nach einem einfachen und wirtschaftlichen Verfahren gelingt, Werkstücke mit einer fest haftenden Schicht eines Hartmetalls zu versehen.The advantages achieved by the invention consist in particular in that, after a simple and economical process, workpieces can be provided with a firmly adhering layer of a hard metal.
Durch konstruktive Maßnahmen, wie aus der Löttechnik bekannt, ist es nach diesem Verfahren möglich, während des eigentlichen Beschichtungsvorgangs artungleiche Werkstoffe, beispielsweise Hartmetalle an einen Träger zu löten. Diese Möglichkeit ist dann von Bedeutung, wenn verschieden gelagerte Beanspruchungen an das Werkstück die Verwendung von Werkstoffen unterschiedlicher chemischer und physikalischer Eigenschaften erforderlich machen.Through constructive measures, as is known from soldering technology, it is possible according to this method to solder dissimilar materials, for example hard metals, to a carrier during the actual coating process. This option is important when different stresses on the workpiece require the use of materials with different chemical and physical properties.
Der Überzug entfaltet sofort seine verschleißfesten Eigenschaften und braucht nicht bis zu einem gewissen Grade erst abgenutzt werden. Damit wird die Haltbarkeit der aufgebrachten Schichten wesentlich erhöht. Das vorgeschlagene Verfahren ist sehr vielseitig. Das Gewicht des Beschichtungsmaterials des sogenannten Trägers drückt beim Beschichtungsvorgang in die Schmelze und verfestigt diese. Durch das Eigengewicht des Trägers oder einer zusätzlichen Belastung wird ferner flüssiges Metall auch in enge Spalten gedrückt oder durch Kapillarwirkung hineingezogen. Dieser Vorgang, der einem Lötvorgang entspricht, ermöglicht nicht nur waagrecht liegende Flächen zu beschichten, sondern auch senkrecht stehende und auf verschiedene andere Weise geformte Oberflächen. Ferner kann durch Umfließen der flüssigen Legierung auch eine allseitige Beschichtung von Werkstücken bewirkt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß keine Nachlaufprobleme des Pulvers auftreten. Bei vielen bekannten Verfahren fließt beispielsweise die flüssige Legierung nicht oder nur unvollkommen an den Wänden der Form ab. Die Folge ist, daß nicht nur wertvoller Beschichtungsstoff verlorengeht, sondern auch die Form nach jedem Beschichtungsvorgang gereinigt bzw. von anhaftendem Pulver befreit werden muß, was mit erheblichem Zeitaufwand verbunden ist. Die Oberfläche der Panzerschicht ist homogen und glatt.The cover immediately develops its wear-resistant properties and does not need to be worn down to a certain degree. This significantly increases the durability of the applied layers. The proposed procedure is very versatile. The weight of the coating material of the so-called carrier presses into the melt during the coating process and solidifies it. Due to the weight of the carrier or an additional load, liquid metal is also pressed into narrow gaps or drawn in by capillary action. This process, which corresponds to a soldering process, not only makes it possible to coat surfaces lying horizontally, but also surfaces standing vertically and shaped in various other ways. Furthermore, all sides can flow around the liquid alloy Coating of workpieces can be effected. Another advantage is that the powder does not have any run-on problems. In many known methods, for example, the liquid alloy does not flow off or only incompletely on the walls of the mold. The result is that not only is valuable coating material lost, but the mold also has to be cleaned or freed of adhering powder after each coating operation, which is time-consuming. The surface of the armor layer is homogeneous and smooth.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.The invention is shown schematically, for example, in the drawings and is described in more detail below.
Es zeigen:
- Fig. 1 die Beschichtung von Armaturensitzringen
- a) vor der Beschichtung
- b) nach der Beschichtung
- Fig. 2 die Beschichtung von Ventilsitzen
- a) vor der Beschichtung
- b) nach der Beschichtung
- Fig. 3 die Beschichtung von Prallplatten
- a) vor der Beschichtung
- b) nach der Beschichtung
- Fig. 4 die Beschichtung und Löten eines Werkstückes
- a) vor der Beschichtung
- b) nach der Beschichtung
- Fig. 1 the coating of valve seat rings
- a) before coating
- b) after coating
- Fig. 2 shows the coating of valve seats
- a) before coating
- b) after coating
- Fig. 3 the coating of baffle plates
- a) before coating
- b) after coating
- Fig. 4 shows the coating and soldering of a workpiece
- a) before coating
- b) after coating
In den Figuren bedeuten:In the figures:
1 die Form, 2 das zu beschichtende Werkstück, 3 das eingebrachte Pulver oder körnige Beschichtungsmaterial, 4 den Abstandhalter, 5 eine weitere Lage Pulver oder körniges Beschichtungsmaterial, 6 den Kern, 7 anzulötendes Werkstück und 8 die Führung oder Halterung1 the shape, 2 the workpiece to be coated, 3 the turned on brought powder or granular coating material, 4 the spacer, 5 another layer of powder or granular coating material, 6 the core, 7 workpiece to be soldered and 8 the guide or holder
1' die Form, 2' das beschichtete Werkstück, 3' die aufgebrachte Schicht, 4' den Abstandhalter, 5' eine aufgebrachte weitere Schicht, 6' den Kern, 7' das angelötete Werkstück und 8' die Führung oder Halterung.1 'the shape, 2' the coated workpiece, 3 'the applied layer, 4' the spacer, 5 'an applied additional layer, 6' the core, 7 'the soldered workpiece and 8' the guide or holder.
Gemäß Fig. 1 wird in die Form 1 ein Hartmetall-Legierungspulver 3 aus CrNiBSi mit einer Fraktion von 30 bis 100 µm lose eingefüllt. Das lose eingebrachte Pulver wird durch Vibration vorverdichtet und dabei eingeebnet. Dann wird der gereinigte, von Staub und Schmutz befreite Armaturensitzring als zu beschichtendes Werkstück 2 aufgelegt. Form 1 und Werkstück 2 werden zusammen in einem Vakuumofen 1 1 /2 Stunden auf eine Temperatur von 1050 C in einem Vakuum von 10-2 bis 10-4 Torr erhitzt. Anschließend wird im Ofen abgekühlt und das beschichtete Werkstück aus der Form entnommen.1, a hard
Gemäß Fig. 2 wird die Beschichtung von Ventilkegeln durchgeführt, wie sie in der Armaturenbranche oftmals vorkommen.2, the valve cones are coated, as is often the case in the fittings industry.
In Form 1 aus Porzellan mit einer maßgenauen und besonders glatten Innenfläche wird der Beschichtungswerkstoff 3, eine Co-Cr-W-B-Hartlegierung mit ca. 40 HRc in exakt vorberechnetem Gewichtsanteil ohne Vorverdichtung eingefüllt. Werkstück 2 wird auf eine Pulveroberfläche 3 aufgesetzt und durch eine Führung 8 fixiert, so daß ein senkrechtes Eintauchen in die Schmelze gewährgewährleistet ist. Gleichzeitig übernimmt diese Führung die Funktion des Abstandshalters dahingehend, daß sie das Eintauchen nur bis zu einer vorberechneten Tiefe zuläßt. Durch induktive Erwärmung in inerter Atmosphäre wird eine Erschmelzung des Pulvers vorgenommen. Entsprechend der Oberflächenglätte und der Maßgenauigkeit der Form wird eine engtolerierte Beschichtung erzielt, so daß lediglich nur noch eine Feinstbearbeitung zum Erzielen engster Toleranzen und höchster Oberflächenglätte erforderlich ist.In
Gemäß Fig. 3 sollen Prall- oder Verschleißplatten hergestellt werden. Verschleißplatten für. Bunkerwände werden üblicherweise aus einem verschleißfesten und somit sprödem Guß hergestellt. Oftmals führt bereits das Anziehen der Befestigungsschrauben zu Spannungsrisaen und somit zum Brechen der Platten. Dieser Effekt wird weiterhin im eingebauten Zustand durch relativ geringe Schlagbeanspruchungen erreicht.3, impact or wear plates are to be produced. Wear plates for. Bunker walls are usually made of a wear-resistant and therefore brittle cast. Tightening the fastening screws often leads to stress risers and thus to the breaking of the panels. This effect is still achieved in the installed state by relatively low impact loads.
In die Form 1 wird zunächst die hochverschleißfeste Hartlegierung in Pulverform 3, bestehend aus einer Mischung mit je 50 Gew% Ni-Cr-BrSi mit ca. 60 HRc und Wolframkarbiden eingeführt und geebnet. Ebenso wird als zweite Legierung eine spannungsabbauende Ni-Cr-B-Si-Legierung mit 30 - 35 HRc 5 aufgegeben. Auf dieses Depot Wird der Träger 2 aufgesetzt, der innen mit Abstandshalter 4, bestehend aus Ni-Cr-B-Si-Blankstäben und einem Sandgußkern versehen wurde. Entsprechend Beispiel 1 wurde das Schmelzverbinden vorgenommen.First, the highly wear-resistant hard alloy in
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden durch Verwendung eines Stahlträgers 2 aus z.B. St 37 die Spannkräfte auf den zähen Träger übertragen. Zwecks Erhöhung der Schlagbeanspruchung wird eine 2- oder 3-fache Aufschüttung aus Legierungen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und Härte vorgenommen. Damit werden hohe Spannungen abgebaut, die bei starker Stoß-, Schlag- oder Druckbeanspruchung auf die spröde Verschleißschicht einwirken.According to the method according to the invention, the clamping forces are transmitted to the tough support by using a
Gemäß Fig. 4 wird ein Träger als zu beschichtendes Werkstück 2 aus St 37 zusammen mit einem Rohr 7 aus austenitischem Werkstoff 1.4571 auf das Pulverdepot 3, bestehend aus einer Ni-Cr-B-Si-Legierung mit 60 HRc aufgesetzt. Das Rohr 7 wird bis auf den Formenboden gedrückt. Um ein Anlegieren an im Innern des Rohres angesammelten Pulvers zu verhindern, wird dieses vor dem Einsetzen in den Ofen abgesaugt.4, a carrier is placed as a
Das System wird nun in einem Vakuumofen über den Schmelzpunkt des Pulvers erhitzt. Der Träger 2 sinkt bis auf den am Rohr 7 angebrachten Anschlag. Durch Diffusion legiert sich die Schmelze an den Träger 2. Der Lötspalt zwischen Träger 2 und Rohr 7 wird mit dem Beschichtungswerkstoff 3 gefüllt und es entsteht eine feste Verbindung.The system is now heated in a vacuum oven above the melting point of the powder. The
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Also Published As
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