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关于润滑油的知识

关于润滑油的知识

一、原油的生成

关于原油的成因有许多学说,主要的有无机生成学说和有机生成学说。

无机生成学说认为:

原油是由无机物变成的。

其中著名的碳化物学说认为:

地球核部的重金属碳化物和从地表渗透下来的水作用可以产生烃类[既石油。

石油是由碳、氢两种元素组成]。

有机生成学说认为:

原油是有机物变成的。

生成过程大致是:

陆地上的动、植物死亡后,随着泥沙被河流带到海盆地和湖盆地里,与原来水中的生物一起混同泥沙沉积在盆地底部,形成有机淤泥,随着漫长的地质年代,这些淤泥越来越多,越积越厚,由于地壳的运动,这些淤泥被埋藏在地层深处,形成沉积岩,在适宜的压力、温度、催化剂和放射性元素等的作用下,通过无氧细菌的分解和一系列复杂的物理、化学变化,逐渐变成了原油。

刚刚生成的原油呈现分散状态混杂在泥沙之中,通过游移富集流至储油构造中,因为储油构造是有不渗透的岩层,把原油圈闭住,形成了有工业价值的油藏。

二、原油分馏

原油不能直接作为燃料使用。

利用原油各组分沸点差异,将原油用蒸馏的方法分离成为不同沸点范围的油品(称为馏分)的过程称为原油分馏。

分馏前,应用电化学或加热沉降的方法进行预处理,脱除原油中的水、盐和固体杂质,然后经加热送入常压条件下的初馏塔,蒸出大部分轻汽油。

沸点较高的初馏塔塔底原油加热至360-370℃进入常压蒸馏塔,从塔顶蒸出石脑油,与初馏塔顶的轻汽油一起可作为催化重整的原料。

在蒸馏塔的不同温度段分别分离出沸点更高的喷气燃料(航空煤油)、轻柴油、重柴油或变压器油,塔底产物为重油(称为常压渣油)。

原油主要分馏产物情况见下表:

             

                         石油主要分馏产物

 

馏分

沸点范围/℃

烃的碳原子数

气体

石油气

 

C1~C4

 

溶剂油

汽油

30~180

C5-C6

C6-C10

煤油

180~280

C10-C16

柴油

280~350

C17-C20

 

 

润滑油

凡士林

石蜡

沥青

350~500

C18-C30

 

C20-C30

C30-C40

渣油

>500

>C40

三、润滑油原料的精制

润滑油生产在很大程度上受到原油本身的烃组成及其物理化学性质的限制,为了得到性能优良的润滑油原料,对原油分离出的润滑油馏分进行精制。

通常有以下几种方法:

1、溶剂精制

溶剂精制是用溶剂提取油中某些非理想组分来改变油品的性质,经过溶剂精制后的润滑油料,其黏度特性、抗氧化等性能都有很大的改善。

工业上采用溶剂有酸碱、酚、糠醛和甲酚等。

原理:

利用溶剂对油中非理想组分的溶解度大,对理想组分的溶解度小的特性,把溶剂加入润滑油料中,其中非理想组分迅速溶解溶剂中,将溶有非理想组分的溶液分出,其余的就是润滑油理想组分。

2、溶剂脱蜡

为了使润滑油在低温条件下保持良好的流动性,必须将其中易于凝固的蜡除去。

所谓蜡就是在常温下成固体的那些正构烷烃和带有长侧链的环状烃,C16以上的正构烷烃在常温下都是固体。

3、白土精制

经过溶剂精制和脱蜡后的油品,其质量已基本上达到要求,但一般总会含少量未分离掉的溶剂、水分以及回收溶剂时加热所产生的某些大分子缩合物、胶质和不稳定化合物。

为了将这些杂质去掉,进一步改善润滑油颜色,提高氧化安定性,降低残炭,还需要一次补充精制。

常用的补充精制方法是白土处理。

原理:

利用活性白土的吸附能力,使各类杂质吸附在活性白土上,然后滤去白土以及除去所有杂质。

方法是在油品中加入少量预先烘干的活性白土,边搅拌边加热,使油品与白土充分混合,杂质即完全吸附在白土上,然后用细滤纸过滤,除去白土和机械杂质,即可得到精制后的基础油。

4、润滑油加氢

润滑油加氢即通过催化剂的作用,润滑油原料与氢气发生各种加氢反应,其目的是A:

除去硫、氧、氮等杂质,保留润滑油的理想组分;B:

将非理想组分转化为理想组分,从而使润滑油质量得到提高;C:

同时裂解产生少量的气体、燃料油组分。

加氢方法:

加氢补充精致;加氢处理(或叫加氢裂化)和加氢降凝。

四、基础油分类

美国石油学会[API]根据基础油硫含量、饱和烃含量和黏度指数等指标将基础油分为五类。

分类

硫含量%

饱和烃%

黏度指数

>0.03

<90

80-119

≦0.03

≥90

80-119

≦0.03

≥90

≥120

聚a-烯烃[如PAO2、PAO4等]

Ⅰ-Ⅳ类以外的其他基础油

备注:

I类基础油以减压馏分为原料通过溶剂精制,溶剂脱蜡和白土补充精制去除部分重芳烃杂环化合物和正构烷烃等非理想组分生产而成。

II、类和Ⅲ类基础由加氢处理工艺生成,发生的反应主要包括芳烃饱和和生成环烷烃、烯烃加氢饱和等非烃类杂质加氢脱除多环,环烷烃加氢开环和烷烃及环烷烃异构化等五类反应。

Ⅳ类基础油(聚a-烯烃):

由C8—C10的a–烯烃单体在催化剂作用下聚合而获得较规则长链烷烃。

国产的异构脱蜡油[5CST,离拖]属于II类油,200SN、150SN等属于一类。

进口的南韩油公、台湾中壳、日本能源、新加坡能源属于三类油。

合成油属于四类及四类以上的油。

五、润滑油添加剂(单剂)

润滑油由基础油和添加剂组成。

添加剂在提高石油产品性能、质量和增加品种方面起着非常重要的作用。

常用的润滑油添加剂有以下几种:

1、

(1)清静分散剂

清净剂从脂肪酸和环烷酸皂开始,发展到今天的磺酸盐、烷基酚盐及硫化烷基酚盐、硫代磷酸盐、烷基水杨酸盐和环烷酸盐等5种。

这五类最初都是中性盐。

40代末和50年代初,伴随着高功率增压柴油机的日益增多和含硫燃料的增加,各种清净剂开始向碱式盐或高碱式盐方向发展。

清净剂的作用:

A、酸中和作用:

高碱性的清净剂具较大的碱储备,能够在使用过程中,持续的中和润滑油和含硫燃料燃烧后生成的硫化物和硝化物。

防止这些酸性物质对发动机金属部件的腐蚀。

B:

洗涤作用:

在油中呈胶束的清净剂对生成的漆膜和积炭有很强的吸附性能,它能将黏附在活塞上的漆膜和积炭洗涤下来分散在油中。

C、增溶作用:

所谓增溶作用就是本来在油中不溶解的液体溶质,由于加入了少量的表面活性剂而溶解的现象。

清净剂是一些表面活性剂。

常见的清净剂有以下:

T101低碱值石油磺酸钙(碱值20~30)

T102中碱值石油磺酸钙(碱值140左右)

T103高碱值石油磺酸钙(碱值290左右)

T104低碱值合成磺酸钙(碱值20~30)

T105中碱值合成磺酸钙(碱值145~165)

T106高碱值合成磺酸钙(碱值295左右,钙含量11.5%,较常用。

T107超碱值磺酸镁(碱值390左右,镁含量8.0~9.5%;可调制高档内燃机油。

T108硫磷化聚异丁烯钡盐(钡含量9.0%~11.0%;由于环境污染限制,淘汰。

T109烷基水杨酸钙(碱值160左右,钙含量6.0%;除具有优异的高温清净性和良好的中和能力,具有较佳的抗氧化性及高温稳定性、油溶性好、抗水性好。

是较好的清净剂)

硫化烷基酚钙(高碱值T115B,PX52OLOA219:

碱值250、钙含量8.9%;可调制高档内燃机油和中高碱值船用汽缸油。

(2)、分散剂

分散作用:

分散剂提供油溶性基团,能有效地屏障积炭和胶状物互相聚焦,把胶溶物很好的分散在油中。

增溶作用:

增溶作用机理如上清净剂。

常见的分散剂如下:

T151单烯基丁二酰亚胺(碱值45~60,氮含量2.0%

T152、T154双烯基丁二酰亚胺(碱值15~30,氮含量:

T1521.2%

T1541.1%)

T153T155多烯基丁二酰亚胺(碱值10,氮含量T1531.0%

T1550.8%)

T161高分子量丁二酰亚胺(氮含量1.0%。

其低温分散性能与单烯基丁二酰亚胺相当,高温分散性与双烯基丁二酰亚胺相当,具有优异的高温清净性和低温油泥分散性。

)属于硼化产品,提供硼。

是目前较为流行的使用产品。

注:

有灰分散剂和无灰分散剂的区别是前者是还有金属的添加剂。

2、抗氧抗腐剂

抗氧抗腐剂能有效的防止润滑油由光、热等的作用而使润滑油的氧化和腐蚀作用。

常见的抗氧抗腐剂如下:

T202硫磷丁辛基锌盐(锌含量:

8.5%~10.0%,硫含量:

14.0~18.0,磷含量7.2%~8.5)

T203硫磷双辛基碱性辛盐(锌含量9.0%~10.5%,硫含量14.0%~18.0%,磷含量7.5%~8.8%)

T204硫磷伯仲醇基锌盐(锌含量:

7.5%,硫含量13.6%~16.0%,磷含量6.5%)

T205硫磷仲醇基锌盐(硫含量15.0~19.0,磷含量7.5%)

注:

T202最早开发的抗氧抗腐剂产品,称其为二烷基二硫代磷酸锌,简称ZDDP。

广泛用于内燃机油、液压油、齿轮油、轴承油、导轨油、压缩机油、金属加工油。

T202水解,高温稳定性欠佳,T203分解温度较高,水解安定性好,多用于抗磨液压油和柴油机油中。

T204热分解温度高,抗水解安定性好,主要用于抗磨液压油调配。

3、极压抗磨剂

在压力的作用下,极压抗磨剂在机械部件的金属表面形成一层保护膜,从而机械得到充分的润滑,减少了部件之间的磨损,防止烧结的作用。

常见的极压抗磨剂如下:

T301氯化石蜡(水解安定性差,遇水分解安定性差,遇水分解易于腐蚀设备)。

主要用于调抵挡齿轮油和抵挡工业油。

腐蚀大

T304亚磷酸三正丁酯(磷含量14.5%~16.0%)主要调液压油和其他工业油,腐蚀大。

T305硫磷酸含氮衍生物(磷含量5.5%,硫含量10.0%,氮含量1.0%),主要调齿轮油。

T306磷酸三甲酚酯,液压油的主剂。

T307硫代磷酸胺盐(磷含量8.5%,硫含量10.0%氮含量1.4%)齿轮油和液压油

T308酸性磷酸酯胺盐(磷含量5.2%~6.4%,氮含量2.0%~3.0%)齿轮油和液压油,很贵。

T309硫代磷酸苯酯(磷含量8.9%,硫含量9.3%)

T321硫化异丁烯(硫含量一级品42%,是含硫的主剂。

)等等

注:

极性强的抗磨剂多用于齿轮油,例如:

T301,T304,T305,T307,T321等

中性酯,或活性较弱的抗磨剂可用于齿轮油亦可用于其

他类油,特别是抗磨液压油等。

例如:

T306,T309等。

4、油性剂和摩擦改进剂

油性剂通常是动植物或在烃链末端有极性集团的化合物,这些化合物对金属有很强的亲和力,其作用是通过极性基团吸附在摩擦面上,形成分子定向吸附膜,阻止金属互相间的接触,从而减少摩擦和磨损。

常见的油性剂有以下:

(1)脂肪酸、脂肪醇极其盐类

T406苯三唑脂肪酸胺盐(多效添加剂,具有油性、抗磨、防腐、防锈等性能)。

固体,油溶性不好。

(2)二聚酸类及衍生物

(3)硫化鲸鱼油及其代用品

T405硫化烯烃棉子油

(4)脂肪胺及其衍生物

(5)有机钼化合物

硫化二烷基二硫代磷酸氧钼,二烷基二硫代磷酸钼、硫化二烷基二硫代氨基甲酸氧钼等化合物,这类化合物除减磨性外还有抗氧性和极压抗磨性。

5、抗氧剂

由于在润滑油在使用中不可避免与金属,受光、热和养的作用而产生氧化。

进而生成氧化产物,酸性物质,引起设备的磨损、腐蚀金属,损坏机器设备。

作用机理:

游离基终止剂;防止生成氧化物,即当过氧化物一旦形成,就加以破坏,终止链的继续发展或终止游离基。

过氧化物分解剂;对形成的过氧化物胶溶,分解在油中。

金属减活剂;油品与金属接触,要中和它的催化效应,减少金属活性。

(1)

常见的抗氧剂有以下:

屏蔽酚型抗氧剂T501(2,6—二叔丁基对甲酚)低温抗氧剂小于100℃以下的温度范围。

胺型抗氧剂T534(烷基二苯胺)高温抗氧剂,等等。

(2)

金属减活剂

作用:

金属减活剂的作用在于与金属离子生成螯合物,或在金属表面生成保护膜,因而它不仅抑制金属离子或其离子对氧化的催化作用,成为有效的抗氧剂。

常见的产品如以下:

苯三唑衍生物T551

噻二唑衍生物T561

6.黏度指数改进剂

粘度指数改进剂能改善油品的粘温性能(良好的低温启动性和高温润滑性);省油(多级油和单级油相比多级油能降低润滑油和燃料油的消耗);降低磨损(由于多级油的粘温性能平滑,粘度随温度的变化的幅度比单级油小,在高温时仍保持足够的粘度,保证了运动部件的润滑,从而减少了磨损;在低温时粘度又比单级油小,使启动容易,从而节省了动力。

作用机理:

粘度指数改进剂都是一些油溶性的链状的高分子化合物,在高温下,高分子化合物分子线卷伸展,其流体力学体积增大,导致液体内摩擦增大,即粘度增加,从而弥补了油品由于温度升高而粘度降低的缺陷;反之,在低温下,高分子化合物分子线卷收缩卷曲,其流体力学体积变小,内摩擦变小,使油品粘度相对变小。

粘度指数改进剂的品种:

聚异丁烯PIB(T603)。

聚甲基丙烯酸酯PMA(有增粘型、降凝型、增粘和降凝型等)

乙丙共聚物OCP(T612、T613、T614等等)

苯乙烯—异戊双烯共聚物[SV250、SV260,埃克森产品]。

HSD

一、增稠能力对比:

HSD=OCP>PIB>PMA

二、热氧化安定性对比

PMA>PIB>HSD=OCP

三、低温粘度和低温启动性

PMA>OCP>HSD>PIB

四、剪切稳定性

PIB>HSD>OCP>PMA

7、防锈剂

为了避免金属设备由于生锈腐蚀而停止运转,解决锈蚀问题先后发明了上百种防锈剂。

作用机理:

防锈剂是一种极性物质,一端是极性基团,亲水性质,一端是非极性基团,疏水性质。

当含有防锈剂的油品与金属有很强的吸附能力,在金属表面形成紧密的单分子或多分子保护层,阻止腐蚀介质与金属接触。

防锈剂的种类如下:

T701石油磺酸钡。

[用于乳化油]。

T702石油磺酸钠(有强的亲水性,有较好的防锈性和乳化性)

T703十七烯基咪唑啉烯基丁二酸盐

T704环烷酸锌

T705二壬基萘磺酸钡(T705A有优良的防锈性和破乳化性)[常用]。

T706苯并三氮唑。

主要用于防冻液和水基液]

T746十二烯基丁二酸,[常用]。

等等

8、降凝剂

倾点是在规定的实验条件下,保持油品流动的最低温度,是汽车冬季能否启动的重要因素。

在低温下,石蜡基油则由于析出蜡结晶形成三维网状结构而失去流动性,降凝剂就是降低油品的这样倾点。

作用机理:

当油品中含有降凝剂时,降凝剂分子在蜡表面吸附,共晶,对蜡晶的生长的方向及形状产生作用。

降凝剂的种类如以下:

烷基萘T801(最早开发的一种降凝剂)[黑色。

已不常用]

聚a-烯烃T803

聚甲基丙烯酸酯PMA

聚乙烯-富马酸共聚物T808[不稳定,用于低档油。

]

9、抗泡剂

由于机器的运转含有空气的润滑油高速的搅拌,或是使用了一些具有表面活性的添加剂等等原因,引起油品发泡,严重影响机器的正常工作,加快机械磨损,促进润滑油氧化等危害。

目前市场上应用的抗泡剂主要是:

含硅抗泡剂T901

无臭、无味、化学稳定性好,加量小,抗泡效果好,对各种润滑油添加剂均有良好的配伍性。

在酸性介质中,消泡持久性差,对加入方法敏感,对放气性有严重不利影响。

密度大,易下沉。

加入法:

0.0001%~0.001%,需要用轻溶剂稀释后加入。

非硅抗泡剂T911

分子量较小,重质油中容易分散,抗泡效果持久性差,对油品的放气性影响小。

在轻质油抗泡效果差,不能与T109、T601、T705等剂复合使用。

加入法:

0.005%~0.1%,可直接加入,也可用200号溶剂汽油稀释后加入。

复合抗泡剂

一般用量大,可直接加入,无须稀释。

10、抗乳化剂

 由于生产储存过过程中不慎润滑油产品中进入水,这样润滑油产品就被乳化,不能使用,为了能把油品中的水分离出来,研制的抗乳化剂。

抗乳化剂大都是水包油型表面活性剂,吸附在油-水界面上,改变界面的张力,或吸附在乳化剂上亲水-亲油平衡,使乳化液从油包水型转变成水包油型,在转相过程中油水分离。

 常见的破乳剂:

DL-32聚醚类高分子化合物

添加量0.02-0.05%

适用于所有对抗乳化性能有要求的油品中,特别适用于添加量大。

破乳化要求高的船用油。

T1001胺与环氧化合物缩合物

本产品是一种效果显著的破乳剂,具有很高的降解性能及水萃取性,对降解润滑油有很好的效果。

可用于齿轮油、汽轮机油、抗磨液压油、压缩机油等与水接触的润滑油。

总结:

还有碱性剂,阻燃剂,等等润滑油添加剂,以上的是比较常见常用的添加剂。

六、润滑油

1、内燃机油

内燃机油包括汽油机油和柴油机油,柴油机油和汽油机油通用油。

汽油机油用S表示;柴油机油用C表示

一般一个特定的产品名称如下形式:

SF10W/30

SF代表级别;10W代表低温性能,W是冬季用油的意思,不带W的是夏季用油;30代表黏度级别。

SF、SG、SJ等等依次级别递增,产品越来越高档。

CD、CF、CH等等依次界别递增产品越来越高档。

通用内燃机油的书写方式:

例如:

SF/CD10W/30

内燃机油粘度分类

粘度级别号

运动粘度(100℃)mm2/s

使用温度范围℃

5W/30

9.3~12.5

-30~35

10W/30

9.3~12.5

-20~35

15W/40

12.5~16.3

-15~40

20W/50

16.3~21.9

-10~40

30

9.3~12.5

0~35

40

12.5~16.3

30~

50

16.3~21.9

配方组成:

基础油、清静剂、分散剂、抗氧抗腐剂、抗氧剂  

粘度指数改进剂、降凝剂、抗泡剂

例子1、CF-415W/40[柴油机油]

1、HVI20030%

2、500SN40%

3、150BS14%

4、T8030.5%

5、T6137%

6、T2030.8%~1.5%其中6到10加一起可

7、T5340.5%以用复剂代替[复剂中

8、T1062.5%--3.5%就是6到10的复合。

9、T115B1%~1.5%

10T1543%~4%

11、T901适量

例子2、SF/CD15W/40[汽、柴通用机油]

HVI15035%

500SN50%

功能添加剂:

T106/T115B2.5%

T1542.2%

T2031%

T8030.5%

T6128%---10%

T901适量

前三项可以用复剂替代。

例子3、SJ10W/30

HVIW50035%

加氢HVI15050%

T6146%

T8031%

1、T1542.8%

2、T1062%

3、T5340.5%

4、T2031.2%

5、T115B1.5%

T901适量

其中1到5可以用复剂代替。

 

例子4、CD50

500SN余量

150BS20%

1、T1541.5%

2、T1062%

3、T2021%

T8030.5%

T6129%

T901适量

1、2、3、相加可用复剂代。

例子5、CF-45W/30

5CST余量

200SN30%

2CST15%

1、T115B1.5%

2、T2031.2%

3、T1544%

4、T5340.5%

5、T1063%

T8030.8%

T6144%

T901适量

1到5可以用复剂代替

例子6、CD20W/50

500SN45%

M11[俄罗斯基础油,100度黏度约11。

]42.5%

1、T1061.5%

2、T1542%

3、T2021%

4、T115B1%

T8030.5%

T6128%

T901适量

1到4可以用复剂代替。

注:

柴油机油的高温分散、酸中和较突出。

汽油机油低温油泥较突出。

内燃机油需要良好的粘温性能,较强的抗氧化能力和较好的热稳定性、良好的清静分散性、良好的润滑性、抗磨性。

内燃机油的质量指标:

  1、粘度:

 

     粘度是选择润滑油的首要指标。

应根据设备摩擦部位的速度、减息、负荷、温度、功率、大小、密封程度选用油品,粘度过小会形成半液体润滑或边界润滑,而加速运动副磨损,同时也易漏油;粘度过大,流动性差,渗透性差,散热性差,内摩擦阻力大,启动困难,消耗功率大,也会增加运动副磨损。

因此油品粘度合理是运动副润滑的重要因素。

内燃机油主要是指100度的黏度。

 

     2、酸值:

 

     酸值是保证机件不受腐蚀的指标之一。

在使用过程中,因氧化分解作用,酸值不断增加,当增加到一定程度,就应立即换新油,否则可能对机件产生腐蚀。

换油时,需把旧油清洗干净,否则会加速新油氧化,缩短新油使用寿命。

实验证明,只要有1%旧油残存,就会失新油的使用寿命缩短75%,因此换油时应彻底清洗。

     3、水溶性酸或碱:

 

      油品在使用过程中若呈现水溶性酸或碱,主要是由于氧化变质所造成,说明该油品抗氧化性能差。

其存在会严重腐蚀金属机件,含水的油品会加重腐蚀,在油品种一般不允许其存在。

它也是保证机件不受腐蚀的一个指标(注:

含有碱性添加剂的油品测定时允许呈碱性,应区别对待,如汽、柴机油。

)。

因此,当油品的水溶性呈酸或碱性时,就应立即更换新油。

     4、腐蚀试验:

     是用以检验润滑油中酸或硫化物对金属的腐蚀情况。

若油品中含有过量的低分子有机酸或无机酸,它会使铜、铅、锡及其合金产生强烈腐蚀,增加磨损和油泥,腐蚀性硫化物会使发动机润滑油加速变质,产生大量积炭和油泥,因此针对铜、铅、锡及其合金材料的运动副应重视腐蚀试验指标。

     5、水分:

     水分的存在能实在0℃以下工作的运动副发生油路堵塞;燃料油发热量降低;液压油形成气泡,产生气阻,影响设备工作性能。

水分会促进油品乳化,降低粘度和油膜强度,促使油品氧化变质,增加油泥,加重含酸油品对机件腐蚀,使油品的添加剂沉淀,失去应有作用。

在新油中不允许有水分的存在,在储运中要严防水分侵入油中。

若在油中验证有水分存在,应禁用和换新油。

     6、机械杂质:

     是润滑油质量的重要指标之一。

它通常指油中所含的尘土、泥沙、金属粉末、砂轮粉末等不溶性杂质。

杂质的存在会破坏油膜,加速运动副的磨损,甚至直接研损机件,造成抱轴;还会堵塞油路或过滤器,造成设备润滑故障,影响正常生产。

因此,当油品中机械杂质超过一定量(0.2%)时,就应立即换新油。

     7、凝点[倾点]:

     是表示油品低温流动性的重要指标。

在低温环境中工作的机械,若使用的油品凝点高,就易造成油路堵塞和流不到摩擦表面,达不到润滑目的;它还直接影响发动机的启动及燃油消耗。

因此低温环境下应选择凝点低于外界最低温度的油品做润滑剂。

     8、闪点:

 

      依据油品闪点的高低,确定其是否适宜被润滑部位对温度的需求。

一般使用储运温度应低于闪点20--30℃。

同时闪点的高、低变化,还是判断使用中的油品的蒸发性,氧化变质程度,轻质油混入量多少的重要检测依据。

     

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