חיפוי לייזר הוא טכנולוגיית ציפוי חדשנית המערבת דיסציפלינות מרובות כגון אופטיקה, מכניקה, אלקטרוניקה, מדעי החומרים ואיתור ובקרה. זוהי טכנולוגיה תומכת חיונית לייצור לייזר מתקדם, המסוגלת לפתור בעיות ששיטות ייצור מסורתיות אינן יכולות לטפל בהן, והיא-תחום היי-טק הנתמך מאוד ומקודם על ידי המדינה. נכון לעכשיו, טכנולוגיית חיפוי הלייזר הפכה לאמצעי חשוב להכנת חומרים חדשים, ייצור ישיר מהיר של חלקי מתכת וייצור ירוק של חלקי מתכת כושלים, והיא נמצאת בשימוש נרחב בתעשיות כגון תעופה וחלל, נפט, רכב, ייצור מכונות, בניית ספינות וייצור תבניות. כדי לקדם את התיעוש של טכנולוגיית חיפוי הלייזר, חוקרים ברחבי העולם ערכו מחקר שיטתי על הטכנולוגיות המרכזיות המעורבות, והשיגו התקדמות משמעותית. עבודות מחקר רבות, מאמרי כנס ופטנטים הן בארץ והן בעולם מציגות את טכנולוגיית חיפוי הלייזר והיישומים החדשים שלה, כולל מחקר על ציוד חיפוי לייזר, חומרים, תהליכים, ניטור ובקרה, בדיקת איכות והדמיית תהליכים. עם זאת, עד כה, טכנולוגיית חיפוי הלייזר טרם זכתה לתיעוש נרחב. הסיבות לכך כוללות הנחיות ממשלתיות, מגבלות בשלות טכנולוגיית חיפוי הלייזר עצמה ורמת ההסכמה הציבורית לטכנולוגיית חיפוי הלייזר. לכן, כדי שטכנולוגיית חיפוי לייזר תגיע ליישום תעשייתי מקיף, חיוני להגביר את מאמצי הקידום, להיות מוכווני-ביקוש בשוק, להתמקד בהתגברות על גורמי מפתח המעכבים את הפיתוח ולפתור טכנולוגיות קריטיות המעורבות ביישומים הנדסיים. מאמינים כי בעתיד הקרוב ימשיכו להתרחב תחומי היישום ועוצמת טכנולוגיית חיפוי הלייזר.
להלן כמה דוגמאות ליישום של חיפוי לייזר: צפיפות ההספק הממוקדת של קרן הלייזר יכולה להגיע ל-10¹⁰~12 W/cm², תוך השגת קצב קירור של עד 10¹² K/s על חומרים. מאפיין מקיף זה לא רק מספק בסיס חזק לצמיחה של דיסציפלינות חדשות במדעי החומרים, אלא גם מספק כלי חסר תקדים למימוש חומרים חדשים או משטחים פונקציונליים חדשים. תנאי הקירור המהירים שנוצרו על ידי חיפוי לייזר, הרחק משיווי משקל תחת שיפועי טמפרטורה גבוהים, מובילים להיווצרות של מספר רב של תמיסות מוצקות על רוויות, שלבים גרא-יציבים, ואפילו שלבים חדשים במבנה המוצק, כפי שאושר על ידי מחקרים רבים. הוא מספק תנאים תרמודינמיים וקינטיים חדשים לחלוטין לייצור שכבות מרוכבות מחוזקות-במקום-עצמי-של חלקיקים. במקביל, הכנת חומרים חדשים בטכנולוגיית חיפוי לייזר מהווה בסיס מכריע לתיקון וייצור מחדש של רכיבים כושלים בתנאים קיצוניים וייצור ישיר של חלקי מתכת, זוכה לתשומת לב גבוהה ולמחקר מקיף מהקהילה המדעית ומפעלים ברחבי העולם. נכון לעכשיו, ניתן להשתמש בטכנולוגיית חיפוי לייזר להכנת חומרים מרוכבים-מתכתיים כגון ברזל-, על בסיס ניקל-, על בסיס-קובלט, על בסיס-אלומיניום, על בסיס{16}}טיטניום וחומרים על בסיס{17}}מגנזיום. מבחינה פונקציונלית, הוא יכול לייצר ציפויים עם פונקציות בודדות או מרובות, כגון עמידות בפני שחיקה, עמידות בפני קורוזיה, עמידות בטמפרטורה גבוהה- וציפויים פונקציונליים מיוחדים. מבחינת מערכת החומרים המהווה את הציפוי, הוא התפתח ממערכות סגסוגת בינארית למערכות מרובות-רכיבים. עיצוב הרכב הסגסוגת והרב-פונקציונליות של מערכות מרובות-רכיבים הם כיווני פיתוח חשובים להכנה עתידית של חומרים חדשים על ידי חיפוי לייזר. מחקר חדש מראה שחומרי מתכת מבוססי פלדה-שולטים ביישומים הנדסיים במדינה שלי. בינתיים, רוב הכשלים של חומרי מתכת (כגון קורוזיה, בלאי ועייפות) מתרחשים על משטחי העבודה של רכיבים, הדורשים חיזוק פני השטח. שימוש ב-קנה מידה גדול ב-אתר עצמו-חלקיקים מחוזקים-חומרים מרוכבים המבוססים על פלדה- כדי לעמוד בתנאי השירות של חלקי עבודה הוא לא רק בזבוז של חומרים אלא גם יקר מאוד. מצד שני, מנקודת מבט ביו-מימטית, לביו-חומרים טבעיים יש שכבה חיצונית צפופה ושכבה פנימית דלילה, המציגים שכבה חיצונית קשה ושכבה פנימית קשיחה. יתר על כן, שיפוע הקשיחות של-הדחיסות-והקשיות- מהחוץ לפנים של חומרים ביולוגיים טבעיים מעניק להם מאפייני ביצועים מצוינים.
בהתבסס על תנאי השירות הספציפיים ודרישות הביצועים של חומרים בהנדסה, קיים צורך דחוף לפתח חומרי מטריצת מתכת משטחים חדשים עם קשרים חזקים וקשוחים וריאציות ביצועים מדורגות. לכן, הכנת חומרים מרוכבים מתכתיים מטריצות מתכת מחוזקות-תפקודיות ב-עצמו-עצמי- עם התקשרות מתכתית למצע באמצעות חיפוי לייזר היא לא רק צורך דחוף בפרקטיקה ההנדסית אלא גם מגמה בלתי נמנעת בפיתוח טכנולוגיית לייזר לשינוי פני שטח. אמנם דווח על הכנת חומרי מטריצת מתכת מחוזקים-במקום-עצמי- וחומרים מדורגים פונקציונלית באמצעות טכנולוגיית חיפוי לייזר, רוב המחקרים נותרו בשלב של ניתוח מיקרו-מבנה וביצועים ובקרת פרמטרים של תהליך. הגודל, המרווח ויחס הנפח של שלבי החיזוק עדיין אינם ניתנים לשליטה. פונקציונליות שיפוע נוצרת באמצעות ציפוי רב-שכבתי-, מה שגורם בהכרח לחיבור פנים חלש בין שכבות, מה שמצביע על דרך ארוכה לפני יישום מעשי. הכנת חומרים מרוכבים משטחי מטריצת מתכת עם גודל, כמות ופיזור חלקיקים הניתנים לשליטה, חוזק וקשיחות בהתאמה מתאימה, ושילוב פונקציונליות מדורגת וחיזוק חלקיקים-עצמי-נוצר באמצעות טכנולוגיית חיפוי לייזר היא כיוון פיתוח עתידי חשוב. תוכן המחקר כולל:
1. הטכניקות, השיטות והעקרונות של הרכב חומרי חיפוי, מבנה מיקרו ותכנון ביצועים, כמו גם טכנולוגיית הבקרה ליישום תהליך.
2. הקמת מודלים תרמודינמיים וקינטיים למשקעים, צמיחה וחיזוק של שלבי חיזוק-חלקיקים ברכיבי מטריצת מתכת מחוזקים-תפקודיים-תפקודיים-של חלקיקים מחוזקים-.
3. תכנון ביומימטי של חלקיקים-מחזק את מורפולוגיה, מבנה, תפקוד והרכב מרוכבים, וטכנולוגיית בקרה לגודל, כמות ופיזור.
4. מחקר על העקרונות, גורמי המפתח ושיטות התהליך לבקרת שיפוע של הרכב הציפוי, המיקרו-מבנה והמאפיינים.
5. תצפית, ניתוח, בקרה ואפיון של ממשקים מאקרוסקופיים ומיקרוסקופיים; ניתוח ובדיקה של המאפיינים הקונבנציונליים של חומרים מרוכבים של מטריצות מתכת מחוזקות-תפקודיות-במקום-עצמי-, כמו גם התנהגות בלאי ומנגנוני כשל בתנאי עבודה שונים. פריצות דרך בתחומי מחקר אלו עשויות לפתור את בעיית חוסר ההתאמה של-תאימות המטריצות לציפוי ופיצוח קל, ולקדם את הרחבת תחומי היישום של טכנולוגיית חיפוי לייזר.