JPH02160188A - Ti−Al系金属間化合物とTi基合金の接合方法 - Google Patents
Ti−Al系金属間化合物とTi基合金の接合方法Info
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- JPH02160188A JPH02160188A JP31186488A JP31186488A JPH02160188A JP H02160188 A JPH02160188 A JP H02160188A JP 31186488 A JP31186488 A JP 31186488A JP 31186488 A JP31186488 A JP 31186488A JP H02160188 A JPH02160188 A JP H02160188A
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Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、Ti−Al系金属間化合物とTi基合金を摩
擦圧接して接合する方法に関するものである。
擦圧接して接合する方法に関するものである。
[従来の技術]
T 1−Al系金属間化合物は、低比重で優れた高温強
度、耐クリープ特性、耐酸化性をもつ物質として存望な
材料である。
度、耐クリープ特性、耐酸化性をもつ物質として存望な
材料である。
しかし塑性変形能が小さいために、塑性加工により複雑
形状部品に成形加工することは非常に困難である。
形状部品に成形加工することは非常に困難である。
そこで、切削加工、精密鋳造、恒温鍛造等の方法により
、複雑形状部品を製造する方法が検討されている。
、複雑形状部品を製造する方法が検討されている。
しかしながら、T 1−Al系金属間化合物は難削材で
あり、切削加工にて複雑形状部品を製造することは製造
コストが高くつき、素材から製品になるまでの歩留まり
が悪いため不利な点が多い。
あり、切削加工にて複雑形状部品を製造することは製造
コストが高くつき、素材から製品になるまでの歩留まり
が悪いため不利な点が多い。
精密鋳造は、塑性変形能が小さい場合の有効な成形方法
であるが、異物の混入や収縮孔の発生。
であるが、異物の混入や収縮孔の発生。
溶解時の炉壁からの不純物の汚染等の問題があり、形状
の複雑化、大型化により難度が増すものである。
の複雑化、大型化により難度が増すものである。
恒温鍛造は、素材歩留りの面で有利と考えられるが、T
i−AJJ系金属間化合物の高温での変形抵抗が高く、
変形能が小さいことから大きな変形を与えることが難し
く、複雑形状部品の成形には恒温鍛造用金型や離型剤等
を含めた技術的問題点が多い。
i−AJJ系金属間化合物の高温での変形抵抗が高く、
変形能が小さいことから大きな変形を与えることが難し
く、複雑形状部品の成形には恒温鍛造用金型や離型剤等
を含めた技術的問題点が多い。
これらの問題に対し、複雑形状部品の各部をそれぞれ製
造して摩擦圧接法で接合することにより一体化する方法
が、成形加工する困難さを軽減するための有効な方法で
あり、被接合材の一部をTi基合金とすることによって
、部品に要求される特性を満足する場合には、Ti−A
l1系金属間化合物とTi基合金を接合することにより
、複雑形状部品を製造することが製造コストの面で有利
な方法である。
造して摩擦圧接法で接合することにより一体化する方法
が、成形加工する困難さを軽減するための有効な方法で
あり、被接合材の一部をTi基合金とすることによって
、部品に要求される特性を満足する場合には、Ti−A
l1系金属間化合物とTi基合金を接合することにより
、複雑形状部品を製造することが製造コストの面で有利
な方法である。
しかし、最近Ti−Afi系金属間化合物の開発研究が
盛んに行われるようになったが、Ti−Al系金属間化
合物とTi基合金の摩擦圧接に関する検討は行われてい
ないのが現状である。
盛んに行われるようになったが、Ti−Al系金属間化
合物とTi基合金の摩擦圧接に関する検討は行われてい
ないのが現状である。
[発明が解決しようとする課題]
摩擦圧接は、主に耐熱鋼や工具鋼などの鋼の接合に用い
られる簡便な接合方法である。
られる簡便な接合方法である。
この摩擦圧接とは、機械的エネルギーを利用する溶接法
の1つであり、被溶接部材を突合わせて相対回転運動を
させ、その接触面に発生する摩擦熱を利用して圧接する
方法である。
の1つであり、被溶接部材を突合わせて相対回転運動を
させ、その接触面に発生する摩擦熱を利用して圧接する
方法である。
摩擦の際、開先面の凹凸や酸化膜が破壊され、パリとし
て面外に排出されるため、開先面の前処理は必要としな
いという利点もある。
て面外に排出されるため、開先面の前処理は必要としな
いという利点もある。
第3図(a) (b) (e)は上述の摩擦圧接法の説
明図である。
明図である。
第3図(a)において、摩擦圧力P1の付与時間、1は
被圧接材で、図の矢印の方向に摩擦圧力P1を例えば油
圧シリンダー(図示なし)により付与され、2は別の被
圧接材でモーター(図示なし)により回転を付与される
。3.4は軸受である。
被圧接材で、図の矢印の方向に摩擦圧力P1を例えば油
圧シリンダー(図示なし)により付与され、2は別の被
圧接材でモーター(図示なし)により回転を付与される
。3.4は軸受である。
この間被圧接材1は回転防止装置(図示なし)により回
転静止している。
転静止している。
第3図(b)において、アプセット圧力P2付与時間、
例えば油圧シリンダー(図示なし)により、被圧接材1
は、図の矢印の方向にアプセット圧力P2が、モーター
(図示なし)により付与される。
例えば油圧シリンダー(図示なし)により、被圧接材1
は、図の矢印の方向にアプセット圧力P2が、モーター
(図示なし)により付与される。
この間被圧接材2はブレーキ装置(図示なし)により、
回転静止している。
回転静止している。
第3図(e)は、摩擦圧力P1及びその付与時間11、
及びアプセット圧力P2及びその付与時間t2を示した
図である。
及びアプセット圧力P2及びその付与時間t2を示した
図である。
しかし、Ti−Al)系金属間化合物のような脆い素材
を摩擦圧接法により接合するときには、接合部付近に大
きなせん断応力や圧縮応力が負荷されるため、素材が割
れる可能性が大きい。
を摩擦圧接法により接合するときには、接合部付近に大
きなせん断応力や圧縮応力が負荷されるため、素材が割
れる可能性が大きい。
また、Ti−Al系金属間化合物は、高温強度が高く変
形能が小さいため、摩擦圧接時に加熱され、接合部から
吐き出されるように変形しながら形成されるパリに割れ
が発生し、その亀裂が素材内部まで入ってしまう等の問
題があった。
形能が小さいため、摩擦圧接時に加熱され、接合部から
吐き出されるように変形しながら形成されるパリに割れ
が発生し、その亀裂が素材内部まで入ってしまう等の問
題があった。
即ち、本発明は上述のような問題点を解決するためのT
i−Al1系金属間化合物とTi基合金を摩擦圧接法に
よる接合方法を提供することを目的とするものである。
i−Al1系金属間化合物とTi基合金を摩擦圧接法に
よる接合方法を提供することを目的とするものである。
[課題を解決するための手段]
本発明に係る接合方法は、Ti−Al系金属間化合物の
優れた特性を生かした複雑形状部品をTi基合金との接
合により、製造コスト低減、製造上の問題点を解決する
ため、部品の各部を摩擦圧接にて接合するものであり、
接合するに当たりての条件を、 摩擦圧力 P l: 1〜6 kgf/me2
摩擦圧力の付与時間t1 :1〜4 secアプセット
圧力 P : 10 kgf/s+a2以下の範囲
とすることにより良好な接合状態が得られる摩擦圧接法
による接合方法である。
優れた特性を生かした複雑形状部品をTi基合金との接
合により、製造コスト低減、製造上の問題点を解決する
ため、部品の各部を摩擦圧接にて接合するものであり、
接合するに当たりての条件を、 摩擦圧力 P l: 1〜6 kgf/me2
摩擦圧力の付与時間t1 :1〜4 secアプセット
圧力 P : 10 kgf/s+a2以下の範囲
とすることにより良好な接合状態が得られる摩擦圧接法
による接合方法である。
また必要により、その後の組織安定化熱処理により、熱
影響部の劣化が防止され良好な接合状態が得られる接合
方法である。
影響部の劣化が防止され良好な接合状態が得られる接合
方法である。
尚、本願発明で対象とするT 1−Al系金属間化合物
及びTi基合金である。
及びTi基合金である。
Ti−Al1系金属間化合物については、具体的にはT
iA1.TL AI、Al3Ti、Ti、。
iA1.TL AI、Al3Ti、Ti、。
chT iA R(T t A IIの化学組成よりも
Ti量が多く、その主体はT i Alから成るもの)
、1、1c h T iA I (T iA Dの化
学組成よりもAl量が多く、その主体はTiAjlから
成るもの)、TirichTi AD (Ti3A
IIの化学組成よりもTijlが多く、その主体はT
ia A 1から成るもの)、AM Ti An
(Ti3Alの化学組rich 3 成よりもl量が多く、その主体はT ia A Rから
成るもの)1等のTiとAflを主要な組成元素とする
化合物である。
Ti量が多く、その主体はT i Alから成るもの)
、1、1c h T iA I (T iA Dの化
学組成よりもAl量が多く、その主体はTiAjlから
成るもの)、TirichTi AD (Ti3A
IIの化学組成よりもTijlが多く、その主体はT
ia A 1から成るもの)、AM Ti An
(Ti3Alの化学組rich 3 成よりもl量が多く、その主体はT ia A Rから
成るもの)1等のTiとAflを主要な組成元素とする
化合物である。
またTi基合金については、既存のTi基合金テアリ、
具体的ニハ、Ti−6Ail−4V合金。
具体的ニハ、Ti−6Ail−4V合金。
TiTi−6Al−2Sn−42r−2合金。
T 1−6Af!−2Sn−4Z r−6Mo合金。
T t−6Aj−6V−2Sn合金、Ti−8Ag−I
M o −I V合金、Ti−5Al−2,5Sn合
金、Ti−3AjJ−2,5V合金、Ti−10V−2
Fe−3Al合金、Ti−5A、77−2Sn77−2
Sn−2Zr−4合金、Ti−15V3Cr−3Sn−
3Aj1合金等を対象とする合金である。
M o −I V合金、Ti−5Al−2,5Sn合
金、Ti−3AjJ−2,5V合金、Ti−10V−2
Fe−3Al合金、Ti−5A、77−2Sn77−2
Sn−2Zr−4合金、Ti−15V3Cr−3Sn−
3Aj1合金等を対象とする合金である。
[作用]
本発明におけるTi−Al7系金属間化合物とTi基合
金の摩擦圧接は、TL−Al系金属間化合物の優れた特
性を生かした複雑形状部品を製造する場合に、T 1−
Al系金属間化合物の加工性が悪いこと、溶解、鋳造に
関する技術的問題が多いことから、一部をTi基合金と
して摩擦圧接法にて接合して一体化することにより、技
術的問題点を解決し更に製造コストの軽減をもたらすも
のである。
金の摩擦圧接は、TL−Al系金属間化合物の優れた特
性を生かした複雑形状部品を製造する場合に、T 1−
Al系金属間化合物の加工性が悪いこと、溶解、鋳造に
関する技術的問題が多いことから、一部をTi基合金と
して摩擦圧接法にて接合して一体化することにより、技
術的問題点を解決し更に製造コストの軽減をもたらすも
のである。
本発明のT 1−Al1系金属間化合物とTi基合金の
良好な接合状態が得られる、摩擦圧接条件の範囲を定め
た理由を以下に述べる。
良好な接合状態が得られる、摩擦圧接条件の範囲を定め
た理由を以下に述べる。
摩擦圧力P が1kgf/鶴2よりも小さいと摩擦面の
温度が上昇しないために接合せず、6kgf/龍2を越
えると、摩擦圧力P が強すぎるために、■ 主にTi−Afi系金属間化合物の接合部に割れが発生
する。このため摩擦圧力P1の範囲を、1〜6 kg
f7.12とした。
温度が上昇しないために接合せず、6kgf/龍2を越
えると、摩擦圧力P が強すぎるために、■ 主にTi−Afi系金属間化合物の接合部に割れが発生
する。このため摩擦圧力P1の範囲を、1〜6 kg
f7.12とした。
アプセット圧力P2は、原則的に摩擦圧力P1より大き
な値をとるが、10 kg rims 2を越えると”
rt1合金側及びTi−Al系金属間化合物に割れが発
生する。このためアプセット圧力P2を10kgr/m
膳2以下とした。
な値をとるが、10 kg rims 2を越えると”
rt1合金側及びTi−Al系金属間化合物に割れが発
生する。このためアプセット圧力P2を10kgr/m
膳2以下とした。
尚アプセット圧力P2の下限については、摩擦圧力P
の下限値と同じ1kgf/關2とすることが■ 望ましい。
の下限値と同じ1kgf/關2とすることが■ 望ましい。
また摩擦圧力P の付与時間11が1 secより少な
いと、摩擦面の加熱が十分でないため接合せず、4 s
ecを越えると、熱影響部が劣化するため強度が低下す
る。
いと、摩擦面の加熱が十分でないため接合せず、4 s
ecを越えると、熱影響部が劣化するため強度が低下す
る。
このため摩擦圧力の付与時間t1を1〜4 secとし
た。
た。
また必要に応じて、接合部及びその近傍の熱影響部の組
織安定化のため、熱処理を施すことにより、熱影響部に
よる劣化が防止され、良好な接合強度が得られる。
織安定化のため、熱処理を施すことにより、熱影響部に
よる劣化が防止され、良好な接合強度が得られる。
次に本発明の実施例を述べる。
[実施例]
(実施例1)
T 1−Al系金属間化合物の一つであるTiAlを鋳
造し、これより直径10關φ丸棒を準備し、この丸棒と
T 1−6Al −4V合金の直径10mmφ丸棒をブ
レーキ法摩擦圧接機に装着し、平面同士を突合わせ、摩
擦圧接条件として摩擦圧力P 、摩擦圧力の付与時間t
、アプセット圧1 [ 力P2を夫々変化させて、T i A、17対Ti−6
1−4V合金の摩擦圧接による接合試験を行った。
造し、これより直径10關φ丸棒を準備し、この丸棒と
T 1−6Al −4V合金の直径10mmφ丸棒をブ
レーキ法摩擦圧接機に装着し、平面同士を突合わせ、摩
擦圧接条件として摩擦圧力P 、摩擦圧力の付与時間t
、アプセット圧1 [ 力P2を夫々変化させて、T i A、17対Ti−6
1−4V合金の摩擦圧接による接合試験を行った。
この時の回転数は1200.3050.3600rpm
の3条件とし、アプセット時間t2は5 secとした
。
の3条件とし、アプセット時間t2は5 secとした
。
その後一部を組織安定化のため、950℃加熱10分間
保持後空冷する熱処理を施した。
保持後空冷する熱処理を施した。
これらの接合部断面の光学顕微鏡観察、及び接合部の引
張試験を行い、接合状態を評価した。
張試験を行い、接合状態を評価した。
第1表に各摩擦圧接条件と接合状態との関係を示した。
本実施例では、いずれも良好な接合状態であり、接合部
断面の割れは観察されていなかった。
断面の割れは観察されていなかった。
また接合部の引張強度も、40kgf/u+2以上あり
、接合部の劣化はない。
、接合部の劣化はない。
しかし比較例で示したように、摩擦圧力P1が1kgf
lII112より小さい場合(魔13)や、または摩擦
圧力の付与時間t1が1 secより短い場合(魔14
)には接合しない。
lII112より小さい場合(魔13)や、または摩擦
圧力の付与時間t1が1 secより短い場合(魔14
)には接合しない。
1部の接合面に最も近い部分であった。
また、本発明の実施例での組織安定化熱処理を施したf
lJ(胤1O−12)では、引張強度が40kgr/m
m2以上の良好な接1合状態であるが、比較例で摩擦圧
力の付与時間t1が4 secを越えた場合(fill
lg)は、組織安定化熱処理を施しても引張強度は低い
状態のままである。
lJ(胤1O−12)では、引張強度が40kgr/m
m2以上の良好な接1合状態であるが、比較例で摩擦圧
力の付与時間t1が4 secを越えた場合(fill
lg)は、組織安定化熱処理を施しても引張強度は低い
状態のままである。
や、アプセット圧力P が10 kg rhm ”を越
える場合(NllL17)には、金属間化合物T i
Alの接合部に割れが発生し、特にアプセット圧力P2
が10 kgr/am2’Ir越エル場合(k17)
ニハ、Ti−6A1−4V合金側にも割れが発生した。
える場合(NllL17)には、金属間化合物T i
Alの接合部に割れが発生し、特にアプセット圧力P2
が10 kgr/am2’Ir越エル場合(k17)
ニハ、Ti−6A1−4V合金側にも割れが発生した。
また摩擦圧力の付与時間t1が4 secを越える場合
(klB、1B ’)は、発熱により温度が上昇し過ぎ
るため、接合部及び熱影響部のミクロ組織が変化し、特
にTi基合金側の熱影響部で結晶粒が粗大化し、引張強
度が低下した。
(klB、1B ’)は、発熱により温度が上昇し過ぎ
るため、接合部及び熱影響部のミクロ組織が変化し、特
にTi基合金側の熱影響部で結晶粒が粗大化し、引張強
度が低下した。
引張試験時の破断位置は、Ti基合金側の熱形(実施例
2) 接合面を凸型、凹型に加工して、 11tM圧力P l: 2)tgi’/+n2摩擦圧力
の付与時間t :4sec アプセット圧力 P2:4kgf/mm2の摩擦圧接
条件にて摩擦圧接した例を第2表に示す。
2) 接合面を凸型、凹型に加工して、 11tM圧力P l: 2)tgi’/+n2摩擦圧力
の付与時間t :4sec アプセット圧力 P2:4kgf/mm2の摩擦圧接
条件にて摩擦圧接した例を第2表に示す。
接合面の加工は、Ti −6AJ −4V合金に対して
は第1図(a)、(b)に示す凸面A、Bに加工し、T
i Alに対しては第2図(a)、(b)に示す凹面
A、Bに加工した。
は第1図(a)、(b)に示す凸面A、Bに加工し、T
i Alに対しては第2図(a)、(b)に示す凹面
A、Bに加工した。
これらの一部を組織安定化熱処理(950℃XIO■1
nAC)を施し、全ての接合例での引張強度を測定した
。
nAC)を施し、全ての接合例での引張強度を測定した
。
接合部の形状を変化させたため、パリ形状が改善され、
第2表に示すような組合わせで、いずれり場合も良好な
接合強度が得られた。
第2表に示すような組合わせで、いずれり場合も良好な
接合強度が得られた。
第2表
棒とT i −6Afi−4V合金の直径10mmφ丸
棒の円断面同士を真空ろう付して接合し、その後の接合
面の引張強度を求めた。
棒の円断面同士を真空ろう付して接合し、その後の接合
面の引張強度を求めた。
ろう材及びろう付温度、ろう付時間と接合面の引張強度
の関係を第3表に示す。
の関係を第3表に示す。
T i AIIとT 1−6Al −4V合金ハロう付
により接合するが、その接合強度は本発明の摩擦圧接に
よる接合方法に比べ、1/2以下の低いレベルである。
により接合するが、その接合強度は本発明の摩擦圧接に
よる接合方法に比べ、1/2以下の低いレベルである。
第 3 表
*印は組織安定化処理< 950℃x 10m1nAC
)を施したことを示す。
)を施したことを示す。
(実施例3)
以上の実施例1,2の接合面は機械加工にて仕また比較
例として、T i AIIの直径10諷璽φ丸 上げ
たが、研磨、ショツトブラスト、酸洗、表面処理等によ
って接合面を仕上げても、本発明によって接合できる。
以上の実施例1,2の接合面は機械加工にて仕また比較
例として、T i AIIの直径10諷璽φ丸 上げ
たが、研磨、ショツトブラスト、酸洗、表面処理等によ
って接合面を仕上げても、本発明によって接合できる。
[発明の効果]
本発明のTi−Al系金属間化合物とTi基合金の接合
方法によれば、Ti−Al系金属間化合物とTi基合金
の接合が摩擦圧接を用いることにより容易に可能となり
、Ti−Al系金属間化合物の優れた特性を生かした複
雑形状部品を製造する場合に、摩擦圧接法により、部品
の各部を接合して一体化することにより、製造上の問題
点を軽減し、製造コストを下げる等の効果を奏するもの
である。
方法によれば、Ti−Al系金属間化合物とTi基合金
の接合が摩擦圧接を用いることにより容易に可能となり
、Ti−Al系金属間化合物の優れた特性を生かした複
雑形状部品を製造する場合に、摩擦圧接法により、部品
の各部を接合して一体化することにより、製造上の問題
点を軽減し、製造コストを下げる等の効果を奏するもの
である。
第1図(a)(b)は本発明の一実施例である実施例2
におけるTi基合金の供試材の接合面(凸面A。 B)の模式図、第2図(a) (b)は同じ〈実施例2
におけるTi−Al1の供試材の接合面(凹面A、B)
の模式図、第3図(a) (b) (c)は摩擦圧接法
の説明図である。 図において、1,2は被圧接材、3,4は軸受。 P は摩擦圧力、P2はアップセット圧力、t1は摩擦
圧力付与時間、t2はアップセット圧力付与時間である
。
におけるTi基合金の供試材の接合面(凸面A。 B)の模式図、第2図(a) (b)は同じ〈実施例2
におけるTi−Al1の供試材の接合面(凹面A、B)
の模式図、第3図(a) (b) (c)は摩擦圧接法
の説明図である。 図において、1,2は被圧接材、3,4は軸受。 P は摩擦圧力、P2はアップセット圧力、t1は摩擦
圧力付与時間、t2はアップセット圧力付与時間である
。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 Ti−Al系金属間化合物とTi基合金を 摩擦圧接して接合するに際し、 摩擦圧力P_1:1〜6kgf/mm^2 摩擦圧力の付与時間t_1:1〜4sec アプセット圧力P_2:10kgf/mm^2以下の条
件を施すことを特徴とするTi−Al系金属間化合物と
Ti基合金の接合方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31186488A JPH02160188A (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | Ti−Al系金属間化合物とTi基合金の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31186488A JPH02160188A (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | Ti−Al系金属間化合物とTi基合金の接合方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02160188A true JPH02160188A (ja) | 1990-06-20 |
Family
ID=18022340
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31186488A Pending JPH02160188A (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | Ti−Al系金属間化合物とTi基合金の接合方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02160188A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5431752A (en) * | 1993-11-12 | 1995-07-11 | Asea Brown Boveri Ltd. | Friction welding of γ titanium aluminide to steel body with nickel alloy connecting piece there between |
US5908516A (en) * | 1996-08-28 | 1999-06-01 | Nguyen-Dinh; Xuan | Titanium Aluminide alloys containing Boron, Chromium, Silicon and Tungsten |
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WO2005056982A1 (en) * | 2003-12-15 | 2005-06-23 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Method for making compressor rotor |
WO2008123402A1 (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Fukui Prefectural Government | 異種金属接合体及びその接合方法 |
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US7967182B2 (en) | 2007-03-29 | 2011-06-28 | Fukui Prefectural Government | Dissimilar metal joint product and joining method therefor |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5961584A (ja) * | 1982-09-29 | 1984-04-07 | Sumitomo Metal Ind Ltd | チタン合金の摩擦圧接法 |
-
1988
- 1988-12-12 JP JP31186488A patent/JPH02160188A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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