CORROSION Y MATERIALES
DETERIORO
DE
L OS
El deterioro de los materiales es la acción que se define como el desgaste del mismo a consecuencia de un fenómeno ambiental o químico. También puede ser provocado por la acción del hombre sometiendo esfuerzos. El deterioro de los materiales se puede dar por las siguie siguiente ntess causas causas:: Oxidaci Oxidación ón corros corrosión ión desgas desgaste te ! erosió erosión n materi materiale aless someti sometidos dos a esfuerzos. "a corros corrosión ión se define define como el deteri deterioro oro de un materi material al a consec consecuenc uencia ia de un ataque ataque elec electr troq oquí uími mico co por por su ento entorn rno. o. #e mane manera ra m$s m$s gene genera ral l pued puedee ente entende nders rsee como como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma m$s estable o de menor energía interna. %iempre que la corrosión esté originada por una reacción electroquímica &oxidación oxidación' ' la velo veloci cida dad d a la que que tien tienee luga lugarr depe depend nder er$$ en algu alguna na medi medida da de la temperatura de la salinidad del fluido en contacto con el metal ! de las propiedades de los metales en cuestión. Otros materiales no met$licos también sufren corrosión mediante otros mecanismos.
"a corr corros osió ión n puede puede ser ser medi median ante te una una reac reacci ción ón quím químic icaa &oxidorreducción oxidorreducción'' en la que intervienen tres factores: • • •
"a pieza manufacturada El ambiente El agua
O por medio de una reacción electroquímica electroquímica.. "os factores m$s conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa del aire como la herrumbre herrumbre del del hierro hierro ! ! el acero acero o o la formación de p$tina verde en el cobre cobre ! ! sus aleaciones & bronce bronce latón latón'. '.
%in embargo la corrosión es un fenómeno mucho m$s amplio que afecta a todos los materiales &metales metales cer$micas cer$micas polímeros polímeros etc.' ! todos los ambientes &medios & medios acuosos acuosos atmósfera alta temperatura etc.'. atmósfera Es un problema industrial importante pues puede causar accidentes &ruptura de una pieza' ! adem$s representa un costo importante !a que se calcula que cada pocos segundos se disuelven disuelven ( toneladas toneladas de acero en el mundo procedentes procedentes de unos cuantos nanómetros o picómetros invisibles en cada pieza pero que multiplicados por la cantidad de acero que picómetros existe en el mundo constitu!en una cantidad importante. "a corrosión es un campo de las ciencias de materiales que materiales que invoca a la vez nociones de química ! de física &físico)química'. *or e+emplo un metal muestra una tendencia inherente a reaccionar con el medio ambiente &atmósfera agua suelo etc.' retornando a la forma combinada. El proceso de corrosión es natural ! espont$neo.
%ímbolos de sustancias corrosivas.
Mecanismos de la corrosión %e suele limitar el concepto ,corrosión, a la destrucción química o electroquímica de los metales. En realidad es difícil dar una definición exacta de corrosión. %e inclu!en a continuación algunas de estas definiciones: ,"a corrosión puede ser definida como la reacción de un material con su entorno,. ,"a corrosión consiste en una oxidación del metal ! si el óxido no es adherente ! es poroso puede dar lugar a la destrucción de todo el metal, ,-orrosión: ataque de un material por el medio que le rodea con la consiguiente pérdida de masa ! deterioro de sus propiedades, ,-orrosión es la destrucción de un cuerpo sólido causada por un ataque no provocado de naturaleza química o electroquímica que se inicia en la superficie,
Esta ltima es la definición m$s generalmente aceptada originaria del ,/eichanschuss f0r 1etall 1etallsch schutz utz,. ,. En cualqui cualquier er caso caso la corros corrosión ión es un proces proceso o destru destructi ctivo vo en lo que a ingeniería se refiere ! representa una enorme perdida económica. "a corrosión de los metales también puede ser considerada como el proceso inverso de la metalurgia extractiva. 1uchos metales existe en la naturaleza en estado combinado por e+emplo como óxidos sulfatos carbonatos o silicatos. En estos estados las energías de los metales son m$s ba+as. En el estado met$lico las energías de los metales son m$s altas ! por eso ha! una tendencia espont$nea de los metales a reaccionar químicamente para formar compuestos.
%eme+anza entre obtención ! corrosión de los metales. Efectos de la corrosion El efecto de la corrosión es en el peor de los casos la destrucción total de un componente pero también da lugar a otros problemas que por menos contundentes no de+an de ser per+udiciales ! en algunos casos peligrosos para la seguridad de las personas. *or citar algunos se podría hablar de inicios de fractura fugas en tanques o conducciones merma de resi resist sten enci ciaa mec$ mec$ni nica ca en estr estruc uctu tura rass o en part partes es de m$qu m$quin ina a desv desvia iaci cion ones es del del funcionamiento normal de equipos contaminación debida a las sustancias que se producen en la corrosión ! per+uicio en el aspecto estético. #esde el punto de vista económico se distinguen dos tipos de pérdidas debidas a la corrosión las directas ! las indirectas.
Series De Fuerza Electromotriz El trab traba+ a+o o real realiz izad ado o para para move moverr la carg cargaa eléc eléctr tric icaa reci recibe be el nomb nombre re de fuer fuerza za electromotriz&fem'. "a fem es el traba+o que tiene que realizar el generador para que se muevan las cargas del circui circuito. to. %ea q la cantidad cantidad de carga carga que pasa pasa por cualquie cualquierr secció sección n del circuit circuito o en un intervalo de tiempo determinado ! T el traba+o realizado por el generador2 la fem viene dada por: E 3 Tq "a unidad de fem es el voltio 3 v 3 45 4 6o ha! que confundir el concepto fem con el de diferencia de potencial. "a fem es la causa del movimiento movimiento de las cargas dentro del propio generador mientras mientras que la diferencia diferencia de potencial es la causa del movimiento de las cargas en el resto del circuito. *or tanto un generador o fuente de fem es un dispositivo que transforma energía eléctrica. Est$ se presenta manteniendo constante una diferencia de potencial entre los bornes del generador. Est$ diferencia se denomina tensión se simboliza por 7.
Tipos de corrosión
8eneral o 7niforme: Es aquella corrosión que se produce con el adelgazamiento uniforme producto de la pérdida regular del metal superficial. 9 su vez v ez esta clase de corrosión se subdivide en otras: 9tmosférica: #e todas las formas de corrosión la 9tmosférica es la que produce ma!or cantidad de daos en el material ! en ma!or proporción. 8randes cantidades de metal de automóviles puentes o edificios est$n expuestas a la atmósfera ! por lo mismo se ven atacados por oxígeno ! agua. "a severidad de esta clase de corrosión se increm increment entaa cuando cuando la sal sal los compuesto compuestoss de sulfur sulfuro o ! otros otros contami contaminant nantes es atmosf atmosféri éricos cos est$n est$n presen presentes tes.. *ara *ara hablar hablar de esta esta clase clase de corros corrosión ión es me+or me+or dividirla segn ambientes. "os ambientes atmosféricos son los siguientes: ;ndustriales: %on los que contienen compuestos sulfurosos nitrosos ! otros agentes $cidos que pueden promover la corrosión de los metales. En adición los ambientes industriales contienen una gran cantidad de partículas aerotransportadas lo que produce un aumento en la corrosión. 1arinos: Esta clase de ambientes se caracterizan por la presentia de cloridro un ión particularmente per+udicial que favorece la corrosión de muchos sistemas met$licos. /ural /urales es:: En esto estoss ambi ambien ente tess se produ produce ce la meno menorr clas clasee de corro corrosi sión ón atmo atmosf sfér éric ica a caracterizada por ba+os niveles de compuestos $cidos ! otras especies agresivas. Existen factores que influencian la corrosión atmosférica. Ellos son la Temperatura la *resencia de -ontaminantes en el 9mbiente ! la
8alv$nica: "a corrosión 8alv$nica es una de las m$s comunes que se pueden encontrar. Es una forma de corrosión acelerada que puede ocurrir cuando metales distintos &con disti distinto nto par redox' redox' se unen eléctr eléctricam icament entee en presen presencia cia de un electr electroli olito to &por &por e+emplo una solución conductiva'.
El ataq ataque ue galv galv$n $nic ico o puede puede ser ser unif unifor orme me o loca locali lizad zado o en la unió unión n entr entree alea aleaci cione ones s dependiendo de las condiciones. "a corrosión galv$nica puede ser particularmente severa cuando las películas protectoras de corrosión n o se forman o son eliminadas por erosión. Esta forma de corrosión es la que producen las -eldas 8alv$nicas. %ucede que cuando la reacción de oxidación del $nodo se va produciendo se van desprendiendo electrones de la superficie del metal que acta como el polo negativo de la pila &el $nodo' ! así se va produciendo el desprendimiento paulatino de material desde la superficie del metal. Este caso ilustra la corrosión en una de sus formas m$s simples. =uiz$ la problem$tica ma!or sobre corrosión esté en que al ser este caso bastante comn se presente en variadas formas ! mu! seguido. *or e+emplo la corrosión de tuberías subterr$ne subterr$neas as se puede producir por la formación formación de una pila galv$nica en la cual una torre de alta tensión interacta con grafito solidificado ! soterrado con un terreno que acte de alguna forma como solución conductiva.
1etales "íquidos: "a corrosión con metales líquidos corresponde a una degradación de los metales metales en presencia de ciertos ciertos metales metales líquidos líquidos como el >inc 1ercurio 1ercurio -admio etc. E+emplos del ataque por metal líquido inclu!en a las #isoluciones =uímicas 9leaciones 1etal)a)1etal &por e+. el amalgamamiento' ! otras formas. 9ltas Temperaturas Temperaturas:: 9lgunos 9lgunos metales metales expuestos expuestos a gases oxidantes oxidantes en condiciones condiciones de mu! altas altas temper temperatu aturas ras pueden pueden reacci reaccionar onar direct directamen amente te con ellos ellos sin la necesa necesaria ria presencia de un electrolito. Este tipo de corrosión es conocida como Empaamiento Escamamiento o -orrosión por 9ltas Temperaturas. 8eneralmente esta clase de corrosión depende directamente de la temperatura. 9cta de la siguiente manera: al estar expuesto el metal al gas oxidante se forma una pequea capa sobre el metal producto de la combinación entre el metal ! el gas en esas condiciones de temper temperatu atura. ra. Esta Esta capa o ?empa ?empaami amient ento@ o@ acta acta como como un electr electroli olito to ?sólid ?sólido@ o@ el que permite que se produzca la corrosión de la pieza met$lica mediante el movimiento iónico en la superficie. 9lgunas maneras de evitar esta clase de d e corrosión son las siguientes: •
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9lta estabilidad termodin$mica para generar en lo posible otros productos para reacciones distintas. Aa+a *resión de Bapor de forma tal que los productos generados sean sólidos ! no gases que se mezclen con el ambiente.
"a corros corrosión ión por 9ltas 9ltas Temper Temperatu aturas ras puede puede inclui incluirr otros otros tipos tipos de corros corrosión ión como como la Oxidación la %ulfatación la -arburización los Efectos del
creicee o por fisuras es la que se -orrosión -orrosión por Disuras o ?-revice@: "a corrosión corrosión por creic produce en pequeas cavidades o huecos formados por el contacto entre una pieza de metal igual o diferente a la primera o m$s comnmente con un elemento no) met$lico. En las fisuras de ambos metales que también pueden ser espacios en la forma del ob+eto se deposita la solución que facilita la corrosión de la pieza. %e dice en estos casos que es una corrosión con $nodo estancado !a que esa solución a menos que sea removida nunca podr$ salir de la fisura. 9dem$s esta cavidad se puede generar de forma natural producto de la interacción iónica entre las partes que constitu!en la pieza.
9lgunas formas de prevenir esta clase de corrosión son las siguientes: • •
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rediseo del equipo o pieza afectada para eliminar fisuras. cerrar cerrar las fisura fisurass con materi materiale aless no)abs no)absorv orvent entes es o incorp incorpora orarr una barrer barreraa para para prevenir la humedad. prevenir o remover la formación de sólidos en la superficie del metal.
-orrosión por *icadura o ?*itting@: Es altamente localizada se produce en zonas de ba+a corros corrosión ión general generaliza izada da ! el proces proceso o &reacc &reacción ión'' anódic anódico o produce produce unas pequea pequeass ?picaduras@ en el cuerpo que afectan. *uede observarse generalmente en superficies con poca o casi nula corrosión generalizada. Ocurre como un proceso de disolución anódica local donde la pérdida de metal es acelerada por la presencia de un $nodo pequeo ! un c$todo mucho ma!or. Esta clase de corrosión posee algunas otras formas derivadas: •
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-orr -orros osió ión n por por Dric Dricci ción ón o Dret Dretti ting ng : es la que se prod produce uce por por el movi movimi mien ento to relativamente pequeo &como una vibración' de sustancias en contacto de las que una o ambas son metales. Este movimiento genera una serie de picaduras en la superficie superficie del metal las que son ocultadas ocultadas por los productos productos de la corrosión corrosión ! sólo son visibles cuando ésta es removida. -orrosión por -avitación: es la producida por la formación ! colapso de burbu+as en la superficie del metal &en contacto con un líquido'. Es un fenómeno seme+ante al
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que le ocurre a las caras posteriores de las hélices de los barcos. 8enera una serie de picaduras en forma de panal. -orrosión %electiva: es seme+ante a la llamada -orrosión por #escincado en donde piezas de cinc se corroen ! de+an una capa similar a la aleación primitiva. En este caso es selectiva porque acta sólo sobre metales nobles como al *lata)-obre o -obre)Oro. =uiz$ la parte m$s nociva de esta clase de ataques est$ en que la corrosión del metal involucrado genera una capa que recubre las picaduras ! hace parecer al metal corroído como si no lo estuviera por lo que es mu! f$cil que se produzcan daos en el metal al someterlo a una fuerza mec$nica.
-orrosión 1icrobiológica &1;-':Es aquella corrosión en la cual organismos biológicos son la caus causaa nic nicaa de la fall fallaa o act actan an como como acel aceler erad ador ores es del del proce proceso so corro corrosi sivo vo localizado. "a 1;1;- se prod produce uce gener general alme ment ntee en medi medios os acuos acuosos os en dond dondee los los meta metale less est$ est$n n sumergidos o flotantes. *or lo mismo es una clase comn de corrosión. "os "os organ organis ismo moss biol biológ ógic icos os pres presen ente tess en el agua agua act actan an en la supe superf rfic icie ie del meta metal l acelerando el transporte del oxígeno a la superficie del metal acelerando o produciendo en su defecto el proceso de la corrosión "a -orrosión en la ;ndustria ! sus *rocesos. :-omo se mencionó en un principio la ma!or problem$tica de la corrosión es la destrucción del metal al que afecta. 9hora inte intent ntar arem emos os ver ver un enfo enfoqu quee desd desdee la indu indust stri ria a el sect sector or m$s m$s afec afecta tado do por la corrosión a cerca de los ataques que este proceso causa. *odemos hablar desde fracturas hasta fugas en tanques disminución de la resistencia mec$nica de las piezas ! muchas otras maneras de efectos por los ataques. 9n así lo peor de todo es que si no son prevenidas estas clases de ataques por corrosión la seguridad de las personas es algo que se ve permanentemente afectado. Existen dos clases de pérdidas desde el punto de vista económico. •
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#;/E-T9%: #;/E-T9%: las pérdidas pérdidas directas son las que afectan afectan de manera inmediata inmediata cuando se produce el ataque. Estas se pueden clasificar en varios tipos también de las cuales las m$s importantes son el -oste de las /eparaciones las %ustituciones de los Equipos #eteriorados ! -ostes por 1edidas *reventivas. ;6#;/E-T9%: se consideran todas las derivadas de los fallos debidos a los ataques de corrosión. "as principales son la #etención de la *roducción debida a las Dallas ! las /esponsabilidades por *osibles 9ccidentes.
!rotección contra la corrosión Elección del material
"a primera idea es escoger todo un material que no se corroa en el ambiente considerado. %e pueden utilizar aceros inoxidables aluminios cer$micas polímeros &pl$sticos' D/* etc. "a elección también debe tomar en cuenta las restricciones de la aplicación &masa de la pieza resistencia a la deformación al calor capacidad de conducir la electricidad etc.'. -abe recordar que no existen materiales absolutamente inoxidables2 hasta el aluminio se puede corroer. En la concepción ha! que evitar las zonas de confinamiento los contactos entre materiales diferentes ! las heterogeneidades en general.
-uando se traba+a en ambiente cerrado &por e+emplo un circuito cerrado de agua' se pueden dominar los par$metros que influ!en en la corrosión2 composición química &parti &particul cularm arment entee la acidez acidez' ' temper temperatu atura ra presió presión... n... %e puede puede v.g. v.g. agrega agregarr product productos os llamad llamados os ,inhib ,inhibido idores res de corros corrosión ión,. ,. 7n inhibi inhibidor dor de corros corrosión ión es una sustan sustancia cia que aadida a un determinado medio reduce de manera significativa la velocidad de corrosión. "as sustanci sustancias as utiliz utilizada adass depende dependen n tanto tanto del metal a proteg proteger er como como del medio medio ! un inhibidor que funciona bien en un determinado sistema puede incluso acelerar la corrosión en otro sistema. %in embargo este tipo de solución es inaplicable cuando se traba+a en medio abierto &atmósfera mar cuenca en contacto con el medio natural circuito abierto etc.' In#i"idores de la corrosión
"os inhibidores de corrosión son productos que actan !a sea formando películas sobre la superficie met$lica tales como los molibdatos fosfatos o etanolaminas o bien entregando sus electrones al medio. *or lo general los inhibidores de este tipo son azoles modificados que actan sinérgicamente con otros inhibidores tales como nitritos fosfatos ! silicatos. "a química química de los inhibidores inhibidores no est$ del todo desarrollada desarrollada an. %u uso es en el campo de los sistem sistemas as de enfria enfriamie miento nto o disipa disipador dores es de calor calor tales tales como como los radiad radiadore ores s torres torres de enfriamiento calderas ! ,chillers,. El uso de las etanolaminas es típico en los algunos combustibles para proteger los sistemas de contención &como tuberías ! tanques'.F adem$s la inhala inhalación ción es mala mala para para los pulmones pulmones %e han realiz realizado ado muchos muchos traba+os traba+os acerca acerca de inhibidores de corrosión como alternativas viables para reducir la velocidad de la corrosión en la industria industria.. Extensos Extensos estudios sobre ;- ! sobre factores factores que gobiernan gobiernan su eficiencia eficiencia se han realizado durante los ltimos G aos. "os cuales van desde los m$s simples que fueron
a prueba ! error ! hasta los m$s modernos los cuales proponen la selección del inhibidor por medio de c$lculos teóricos.
O$idación "a oxidación oxidación es una reacción química mu! química mu! poderosa donde un compuesto cede electrones electrones HI ! por lo tanto aumenta su estado de oxidación oxidación.. %e debe tener en cuenta que en realidad una oxidación o una reducción reducción es un proceso proceso por el cual cambia el estado estado de oxidación oxidación de un compuesto. Este cambio no significa necesariamente un intercambio de electrones. %uponer esto )que es un error comn) implica que todos los compuestos formados mediante un proceso redox son iónicos iónicos puesto que es en éstos compuestos donde sí se da un enlace iónico producto de la transferencia de electrones. *or e+emplo en la reacción de formación del cloruro de hidrógeno a partir de los gases dihidrógeno ! dicloruro se da un proceso redox ! sin embargo se forma un compuesto covalente. Estas Estas dos reaccione reaccioness siempr siempree se dan +untas +untas es decir decir cuando cuando una sustanci sustanciaa se oxida oxida siempre es por la acción de otra que se reduce. 7na cede electrones ! electrones ! la otra los acepta. *or esta razón se prefiere el término general de reacciones redox. "a propia vida propia vida es es un fenómeno redox. El El oxígeno oxígeno es es el me+or oxidante que existe debido a que que la moléc olécul ulaa es poco poco react eactiiva &por por su dobl doblee enl enlace' ace' ! sin emba embarg rgo o es mu! mu! electronegativo electronegativo casi como el flor. "a sustancia m$s oxidante que existe es el catión JrD catión JrDK porque f$cilmente forma Jr ! DK. Entre otras existen el permanganato el permanganato de potasio &J1nOL' el óxido de cromo &B;;' &-r OM' el agua oxigenada &<O' el el $cido nítrico &<6ON' los hipohalitos hipohalitos ! lo los halatos halatos &por e+emplo el hipoclorit hipoclorito o sódico &6a-lO' &6a-lO' mu! mu! oxid oxidan ante te en medi medio o alcalino ! el el bromato pot$sico &JArO pot$sico &JArON''. El ozono El ozono &O &ON' es un oxidante mu! enérgico: Ar K ON P ArON El nomb nombre re de ,oxid ,oxidaci ación ón,, prov provie iene ne de que que en la ma!or ma!oría ía de esta estass reac reacci cion ones es la transferencia de electrones se electrones se da mediante la adquisición de $tomos de oxígeno &cesión oxígeno &cesión de electrones' electrones' o viceversa. %in embargo la oxidación ! la reducción puede darse sin que ha!a intercambio de oxígeno de oxígeno de por medio por e+emplo la oxidación de !oduro de sodio a sodio a !odo mediante la reducción de cloro a cloro a cloruro de sodio: sodio: 6a; K -l P ; K 6a-l Esta puede desglosarse en sus dos semirreacciones correspondientes:
• •
; P ; K e -l K e P -l
Otros tipos de Deterioro de los materiales El deterioro de los materiales se puede dar por las siguientes causas: Oxidación corrosión desgaste ! erosión materiales sometidos a esfuerzos.
%e denomina erosión al proceso de sustracción o desgaste del relieve del suelo intacto &roca madre' por acción de procesos geológicos exógenos como las corrientes superficiales de agua o hielo glaciar el viento o la acción de los seres vivos. "a erosión se refiere al transporte de granos ! no a la disgregación de las rocas. El material erosionado puede estar conformado por: •
•
fragmentos de rocas de rocas creados creados por abrasión mec$nica por la propia acción del viento viento aguas aguas superficiales glaciares ! expansión)c expansión)contrac ontracción ción térmica térmica por variaciones variaciones estacionales diurnas o clim$ticas2 suelos suelos los cuales son creados por la descomposición química de las rocas mediante la acción combinada de $cidos débiles disueltos en agua superficial ! meteórica hidrólisis hidrólisis $cidos org$nicos bacterias org$nicos bacterias acción de plantas etc.
"a erosión es uno de los principales actores del ciclo geogr$fico. En ciencia material material desgaste es la erosión del material material de a sólido superficie por superficie por la acción de otro sólido. El estudio de los procesos del desgaste es parte de la disciplina de tribolog!. tribolog!.
#esg #esgas aste te adhe adhesi sivo vo #esg #esgas aste te abr abras asiv ivo o Dati Datiga ga supe superf rfic icia iall #esg #esgas aste te de de preo preocup cupac ació ión n #esg #esgas aste te de la eros erosió ión n
"a defini definició ción n del desgaste desgaste no inclu! inclu!ee la pérdid pérdidaa de dimens dimensión ión de deformación pl$stica pl$stica aunque el desgaste ha ocurrido a pesar de ningn retiro material. Esta definición también no puede incluir desgaste del impacto donde no ha! movimiento que resbala cavitación cavitación donde est$ un líquido el counterbod! ! corrosión corrosión donde est$ el dao debido al producto químico m$s bien que a la acción mec$nica.
%i"lio&ra'(a •
http:CC!lang!lang.uninorte.edu.coCOb+etosC;ngenieriaC-onceptos-orrosionCimgsCDO /19%QRG1E-96;%1O%Q#EQ-O//O%;O6.htm
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http:CCSSS.fisicanet.com.arCquimicaCcorrosionCapGNQcorrosion.php
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http:CCSSS.textoscientificos.comCquimicaCcorrosionCtipos
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http:CCSSS.textoscientificos.comCquimicaCcorrosionCproteccion
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