深度解读！季华实验室“黑科技”登上央视荧屏

近日，CCTV-2《经济半小时》栏目播出专题，“张雪机车为什么跑得这么快”？其中，深度解读了季华实验室，TiAl合金气门技术及产业化亮点。

季华实验室研究员、广东季华钧泰新材料有限公司董事长刘奎在接受采访时表示：“张雪机车拿到冠军我们也是替他们非常骄傲。张雪机车用了我们非常关键的轻质高强的钛铝合金气门。”张雪机车发动机里面所使用的钛铝合金气门，来自季华实验室及其孵化企业广东季华钧泰新材料有限公司。

竞赛摩托车跑得快不快，离不开发动机的极限发挥，支配这台心脏呼吸节奏的核心部件就是气门，它必须在每分钟上万次的高温高压冲击下保持绝对精准地开合。

一辆中国制造的摩托车能够在极致竞速的国际赛场中脱颖而出，这样的成绩和这个小小的气门有什么关系呢？

刘奎介绍说：“摩托车发动机、内燃机、柴油车、汽车发动机等用的进气门、排气门，是发动机呼吸的开关。进气门开，空气进来，压缩之后通过爆燃，再把尾气排出去。”发动机是机车的心脏，气门就是控制这颗心脏呼吸的咽喉，赛车发动机长期处于超高转速、高压缩比工况，排气门工作温度超过800摄氏度，传统钢制气门重量大、惯性高，高转下容易出现气门弹跳、动力衰减，直接影响比赛胜负。而助力张雪机车突破极限稳定夺冠的核心部件，正是采用了季华实验室自主研发的新材料。

在这个三米多高的熔炉里面，熔炼的就是钛铝合金气门的毛坯件，再经过切割、挤压、打磨、抛光等20多道工序才能蜕变成为气门。刘奎介绍道，我们采用了一种轻质高强的钛铝基金属间化合物，用它做的气门密度低，约每立方厘米4克，因为密度低，所以比强度很高。还有一个最好的特点就是钛铝合金从室温到800度，硬度几乎不降。

想要功率大，气门必须要减重，制作气门的材料就必须更轻，然而传统钢材已经到了性能天花板，普通钛合金又扛不住高温，实验室团队凭借多年研究材料的经验，想到唯一的出路就是钛铝合金。

那么这种钛铝合金的新材料比传统的气门材料轻多少？减轻重量又能为摩托车的动力输出带来多大影响？

季华实验室材料科学与技术研究部主任、广东季华钧泰新材料有限公司总经理李小兵在现场用张雪机车的同款不同材质的气门，进行了一个称重对比。通过测试，可以看到，TiAl合金材质的气门减重了10多克。

李小兵告诉记者，张雪机车参赛的摩托车搭载三缸发动机，单缸采用两进两排的主流四气门结构，一台发动机的气门总数可达12个，每只钛铝合金气门较传统钢制气门减重超10克，12只气门累计减重超120克。看似只有120克，但为摩托车整体动力性能带来了质的飞跃。不仅能够有效降低发动机运转惯性，提升动力响应速度，更能够助力发动机突破转速瓶颈达到更快的速度。

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李小兵介绍说：“TiAl合金气门替代传统钢材气门之后，发动机的转速能够从以前的每分钟13000转直接提高到每分钟14000转，这1000转实际上就会直接把整个功率进一步提升接近10%。”在赛车领域，发动机性能提升的1000转，往往就是赛场上冠军与失利者的分水岭，赛道上几秒钟的领先是技术的突破和创新。这款钛铝合金气门的研发首先遇到最为棘手的难题，就是新材料如何配比。

研发团队历经一年多的反复试验，才最终确定钛铝及其他金属元素的最佳配比，顺利达到预期性能。然而，就在进入气门挤压成型阶段时，新的问题又出现了，传统的热轧工艺根本无法实现精准成型。李小兵介绍了团队关于工艺的攻关过程：“张雪机车这个气门它非常细，它最细的地方4毫米左右，热轧基本上一轧就裂，开裂非常严重，所以我们当时说必须要研发新的技术，然后去突破这个问题。”李小兵带领团队果断放弃热轧路线，转向挤压成型工艺，不过这一条工艺创新的道路也是困难重重。李小兵表示：“因为挤压对TiAl合金而言是一种新的方法，这种新的方法刚开始实际上很多不确定因素，我们经历过很多次的失败。（记者：你们有没有算过一共是做了多少次实验，错了多少次？）几千只，很多次。面对研发过程中反复出现的杆部开裂、端头断裂、构件缺损、尺寸偏差等一系列难题，李小兵带领研发团队不断摸索攻关，逐一突破强度、韧性、耐高温三大核心技术瓶颈，最终研发出完全符合赛事严苛标准的气门样品。

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如今，依托自主突破的成型工艺，钛铝合金气门已实现自动化热挤压流水线量产，顺利从实验室研发走向规模化工业生产。季华实验室工程师、广东季华钧泰新材料有限公司生产负责人舒磊介绍说：“现在这条产线基本上能做到40秒左右生产挤压一只，基本上一年大概15万只左右的一个产量。”一颗高质量的气门不只是外表看着没有质量问题，它的内部结构也要无瑕疵。季华实验室测试中心检测工程师朱智渊负责对每个生产批次的气门抽样进行检测，依托季华实验室公共科研平台高端仪器设备，可对材料进行“体检”。

朱智渊在使用工业CT对气门内部结构进行检测时表示，“这台仪器就相当于给我们的钛铝合金气门做了一个CT来进行内部的探伤，我可以把这个产品图放大，可以看到它从最上面到最下面都是非常均匀的。如果是它有气孔的话，在图里就是一个黑色的空隙，根据我的经验来讲，算是一个比较完美的作品。”从市场价值来看，传统钢制气门的市场单价为40元左右，而这款自主研发的钛铝合金气门市场单价稳定在100元上下，尽管价格比传统气门高出一倍多，但凭借其轻质高强、耐高温、稳定性强的核心性能优势，精准切入高端机车专业赛事市场，不仅打破了价高无市的刻板印象，还积累了可观的订单储备。市场的积极反馈是产品实力的体现。

对于钻研材料20余年的刘奎而言，这不仅仅是产品的成功，更是技术实现产业化应用的关键一步。他敏锐地看到气门虽小，却与汽车、工程机械、高端装备等大国重器的产业脉搏深度绑定，市场空间广阔。在民用高性能车辆领域，它将让更多驾驶者享受到越级的动力与可靠的品质；在航空航天领域，它将助力关键部件实现更极致的减重与耐温突破；在低空经济这一新兴赛道，它将为飞行汽车、无人机等装备提供更强大的“心脏”支撑；在高端装备领域，产品正逐步向特种车辆、舰船等方向延伸。