近日,2026年世界超级摩托车锦标赛(WSBK)葡萄牙站,中国张雪机车代表国产品牌,拿下中量级组别背靠背双冠。数十年来,WSBK的胜者几乎都来自欧洲和日本的一小部分制造商:杜卡迪、雅马哈、川崎。这一剧本终于被改写。
一颗直径仅4mm的气门,装到摩托车发动机上,能否“扛住”800摄氏度的高温?赛车领先近4秒冲线的那一刻,这个问题有了最确实的答案——万里之外的广东佛山,季华实验室(先进制造科学与技术广东省实验室)研发团队二十年磨一剑,为“冠军机车”锻造出“最强”气门。
研发团队正在锻造钛铝合金气门。
科研成果在产业创新中落地
“对一台摩托车来说,如果发动机是‘心脏’,气门就是‘呼吸系统’,进气门控制空气进入气缸,排气门排出燃烧后的废气,一进一出,直接决定发动机的动力输出。”实验室材料科学与技术研究部主任李小兵说,“尤其是顶级赛车的排气门,高温下工作的性能,往往影响比赛成绩”。
4月的岭南,晴天雨天频繁交替。走进季华实验室,行政办公区的工作人员有条不紊做着案头工作,转头来到中试车间,却是一番不一样的忙碌景象。高端数控机床低声闷响,传送带稳稳滑动、机械手灵活运转……看着不像实验室,倒像进了一家自动化加工厂。
眼前的工作台上,两根吸管形状、底下带个喇叭口的金属件,便是季华实验室自主研发的钛铝合金气门。张雪机车带着它飞驰的半个小时,浓缩了团队20多年的积累。“2000年,我们还在中国科学院金属研究所,帮欧盟做一个项目时,发现钛铝合金这个材料好、有潜力,就认定了这条路,陆续出了不少原创性成果。”团队学科带头人刘奎回忆。
实验室成果要落地,离不开与产业创新的深度融合;尤其是新材料,要成熟、“能用”、“好用”,进而被市场检验、认可,需要很长的积淀。2021年5月,刘奎带领团队来到季华实验室,背靠佛山的制造业优势和广东的产业链配套,开始了“1-10”、“10-100”的加速、冲刺。
通宵鏖战攻克“硬骨头”
李小兵是四川人,通过老家朋友牵线,团队和张雪机车结了缘。“那时候,他们在研制高转速大排量发动机,传统材料重,转速上不去;用了钛合金,密度下来了,但承受不了那个温度,研发陷入瓶颈。正好我们这个新材料,也在寻找应用场景,双方可以说是一拍即合。”
此后,团队历经一整年昼夜攻坚、通宵鏖战,终于攻克了这项“硬骨头”难题——实现直径仅4mm的细杆钛铝合金气门稳定成型工艺突破。新材料的应用,带来了实打实的性能提升。经张雪机车技术人员实车测试验证,换装钛铝合金气门的发动机,转速可稳定达到每分钟14000转,较传统材质每分钟转速提升至少1000转,进排气效率更为优异;同时该新材料耐高温可达800摄氏度以上,即便在赛车极限工况下,依旧性能稳定、经久“扛造”。
为了这样的提升,一年来经历了什么,只有团队成员自己清楚。钛铝合金常温下较脆,给张雪机车做的,又是三缸机、四缸机里的细杆径气门,“比起单缸机,别看直径只小了1至2mm,但对金属间化合物来说,越细越容易开裂,难度提了几个数量级。”李小兵感慨。
走热轧路线,“一做就裂”;国际通行的“包套挤压”成本高,很难推向市场;委托厂家尝试热挤压工艺,又一直没有突破……回到季华实验室,团队开始研发自己的合金体系、模具和装备,铆足劲自己做。
“有一段时间,一天成功不了一个。”李小兵说,无数次尝试,无数次失败,每次想放弃的时候,就提醒自己:来季华实验室初心就是做产业化;况且张雪那么难都没放弃。“实验室楼上,工会准备了休息的地方。”“凌晨四五点,上去睡一觉,接着一干又是一天”。
熬过一个又一个白天、黑夜,从模具、润滑剂、加热温度到退火工艺,团队一步步改进。转机出现在2025年初,“突然就感觉,挤压得很顺畅。”李小兵回忆那一刻,语气里仍带着兴奋。不开裂、不卡模,一根接一根成功地挤出来,“大伙非常高兴,都不想停了”!
要把新材料用到更多地方
季华实验室实现了钛铝合金气门的可控制造,夺冠后的张雪机车,又向实验室下了批量化采购气门的订单。“但这不是我们的终点。”李小兵深知,新产品要量产供应民用市场,成本至关重要。“我们已经孵化了新材料有限公司,要不停改进工艺,让这个气门的品质更稳定、良品率更高;还要研究把新材料用到更多地方,比如刹车盘,甚至航空发动机叶片上。”
作为广东省首批建设的省实验室之一,季华实验室正以“产业科技互促双强”为核心,将一项项实验室里的核心技术转化为产业端的“黑科技”。截至目前,实验室已累计申请发明专利3026件,获授权1686件;孵化企业25家,其中,国家级专精特新“小巨人”企业3家,“季华系”企业产业规模超50亿元,构建起“产学研用”全链条创新生态。文图据人民日报