和张雪机车一起挑战极限

团队在实验室车间摸索TiAl气门挤压工艺。受访者供图

2025年3月15日团队赴张雪机车500RR新闻发布会现场。     受访者供图

    “我们幸运地遇到了张雪，他敢于尝试、勇于投入，是理想的应用合作伙伴。我们合作成功是天时、地利、人和的结果。”谈起与张雪机车的合作，季华实验室材料科学与技术研究部主任李小兵十分激动。

    3月底，中国张雪机车厂队车手Valentin Debise驾驶ZXMOTO 820RR-RS赛车，在世界超级摩托车锦标赛（WSBK）葡萄牙站强势夺冠。

    张雪机车的夺冠，除了整车调校与车手的出色发挥，一个来自佛山的核心零部件发挥了关键作用——由季华实验室材料科学与技术研究部自主研发的TiAl合金制备而成的气门。正是这款高性能气门的应用，为发动机在极限转速与高压缩比工况下提供了可靠支撑，助力整车性能达到国际顶尖水平。

    而李小兵正是研发这一关键零部件的团队负责人。经过近两年的昼夜攻关与无数次失败，他带领团队最终突破了直径仅4mm的细杆钛铝合金气门的稳定成型工艺，将实验室的材料变成了赛道上的制胜法宝。

    （以下是李小兵的口述整理）

    ●南方日报记者 肖霞

    一个制造端的痛点 一项实验室的方案

    故事要从2023年说起，以“大胆”著称的摩托车工程师张雪正带领团队攻关高转速发动机。当时的张雪还在凯越机车工作，他们面临一个棘手的问题：当发动机转速超过1万转/分钟后，排气门的温度会接近800℃。

    从材料学角度看，800℃的高温理论上只能选择镍基高温合金（密度约8.5g/cm3）。但它的密度太高，无法满足发动机对气门“轻量化”的苛刻要求。设计因此受阻。

    张雪想到了用传统钛合金（密度约4.5g/cm3）来替代，但传统钛合金的耐温极限只有500℃—600℃，通常只能用在温度较低的进气门（300℃—400℃）。他大胆地将钛合金用在排气门上，结果一试车就“断头”——材料在七八百摄氏度的高温下强度急剧下降，彻底失败。

    正在张雪苦苦寻找解决方案时，通过我重庆一位同学的引荐，他联系上了我们。我们团队长期深耕TiAl合金材料。这种材料的优势极其明显：它更轻——密度仅为4.0g/cm3，比传统钛合金（4.5g/cm3）还要轻；它更耐高温——可承受温度600℃—800℃，最高在航天领域可达1000℃。

    这正是张雪团队梦寐以求的材料。他们非常兴奋，立刻邀请我们到重庆现场交流。

    极限验证通过 量产订单落地

    然而，找到理想材料只是第一步，真正的挑战在于如何将它做成能用的零件。

    摩托车发动机的气门非常细，最细的杆径仅有4mm。而我们研发的TiAl合金是一种金属间化合物，优点是既轻又耐高温，但缺点是难以加工，传统工艺根本做不出来。

    传统路径走不通，我们必须自主研发新工艺。针对这个细杆径气门的特殊需求，我们团队在季华实验室开始了为期一年的专项攻关。这期间充满了艰辛：为了突破挤压难题，我们经常加班到凌晨四五点。

    同时，我们自主购买装备、设计模具、开发新工艺和新合金体系，集中所有力量一点一点地攻克。经过一年左右的反复试验，我们终于突破了4mm细杆钛铝合金气门的稳定成型工艺。

    2024年4月，张雪因希望持续投入研发高性能发动机离开凯越，创立了“张雪机车”。其间，他继续与我们保持紧密合作。从2024年4月至今，近两年时间里，我们持续为张雪机车的单缸、三缸、四缸发动机提供产品测试。张雪团队也全力配合，甚至免费为我们测试。因为他们深知，在极限工况下，没有新材料的支撑，发动机的突破就无从谈起。

    新材料带来的性能提升是显而易见的。张雪的技术人员测算，使用我们的TiAl合金气门替代传统钢制气门，发动机转速每分钟至少能提升1000转。

    更高的转速意味着更大的配气系统优化空间，进而能提升功率、提高压缩比，最终反映在整车性能上，比如零百加速时间的大幅缩短。

    经过反复测试、包括在海外进行的验证，结果非常理想。今年3月18日，他们来到季华实验室，带来了一个重要消息：搭载新部件的发动机已经通过了200小时极为苛刻条件下的耐久性测试，并计划在6月上市新车。此次来访，是来考察我们的产能，确保上市后的稳定供货。

    三十年厚积薄发 瞄准星辰大海

    回顾这个过程，我们确实跨越了许多技术和产业化的“坎”。

    当时有一段时间研发不出来，我们都打算放弃了，这个技术是很难的。

    为什么我们能做出来？虽然我们团队目前只有10名科研人员，但我们背后有来自中国科学院金属研究所长达30多年的材料研发积淀，对这个材料体系的认知深入骨髓，就像张雪对发动机的每一个零件了如指掌一样。

    我们选择以高性能摩托车作为产业化的突破口，是经过深思熟虑的战略决策。我们最初想进军航空发动机领域，但被设计单位问：“这个材料用过没？”我们只能惭愧地回答“没有”。这让我们意识到，必须先在一个领域实现应用，积累可靠性。

    我们曾尝试推向柴油车、天然气发动机等领域，但传统车企非常保守，对成本和风险极其敏感，我们的材料很难进入。最终，我们找到了高转速、大排量摩托车这个“痛点”最突出、对轻量化与耐高温需求最迫切的领域。

    张雪非常大胆，非常想突破极限，我们幸运地遇到了张雪。他敢于尝试、勇于投入，是理想的应用合作伙伴。这个合作是“天时、地利、人和”的结果。

    目前，张雪机车已经向我们下了近1万支气门的订单，这标志着我们团队实现了第一个目标——将自主研发的新材料成功应用到产品上，并通过了极端工况的考验。

    我们希望以此为契机，让更多高端制造领域看到并信任我们的材料，实现从“民用验证”到“高端应用”的星辰大海。

    我们的终极梦想是服务于国家的大装备，希望通过在民用领域的成功，能让中国的大飞机用上中国人自己研发的钛铝合金。

    这条路很长，但我们已从赛道上，看到了通往天空的方向。