1.1.4 氮化钒（铬）的性质及应用
过渡金属氮化物是一类金属间充型化合物，兼具共价化合物、离子晶体和过渡金属的性质［29］。此类氮化物大多具有较高的硬度、优良的热稳定性和优异的耐蚀性等性能，这些性能与金属材料有很大差异，更趋向于陶瓷材料的性能。但是这类材料又具有类似金属的电和磁性能，往往具有良好的导电性。由于这些特殊的性能，这类材料被广泛应用于高强度工具涂层材料、钻探材料、切削材料及催化材料。
（1）氮化钒的性质及应用
VN和VC具有相同的晶体结构（图1.6），属于面心立方结构，理论上由78.45%的V和21.55%的N组成，熔点达到2450K，显微硬度为HV1500。
图1.6 VN的晶体结构
金属钒在钒铁生产中的应用已经有近百年的时间，但从20世纪60年代人们才开始对氮化钒进行系统的研究。研究者通过实验发现，氮元素的添加能够提高含钒微合金钢的综合性能。研究表明，氮在钢中以固溶体的形式存在，对晶粒的长大能起到一定的抑制作用，由此可以使钢铁晶粒得到细化。并且，随着钢中氮含量的增加，钢的晶体内固溶态的钒会从中析出，成为析出态钒元素，能够起到沉淀强化效果。再者，氮元素在钢内能够改善钒的析出强化效果，最终能够获得更加细小的铁素体组织，提高钢的强韧性［30］。因此，氮化钒在钢的生产中得到了广泛的应用［31］。
氮化钒具有优异的催化能力。由于氮化钒作为催化剂使用时具有高选择性、高催化活性和稳定性以及抗中毒性能，现已经被广泛应用于工业生产当中。随着研究者对其催化特性的深入研究，发现这类材料具有与铂、锗和钯等贵重金属类似的催化行为，可用作这些贵金属材料催化剂的代替品［32］Krawiec［33］等通过氧化物泡沫合成的高比表面积的氮化钒在催化丙烷脱氢反应中表现出了良好的催化效果。除此之外，氮化钒对一些聚合物的脱氢反应具有催化作用，因而可以作为某些聚合物加氢处理或脱氢处理的催化剂 ［34-36］。氮化钒微观硬度达到HV1520，耐磨性和热稳定性高。在加工不锈钢时，刀具会由于不锈钢的高硬度而磨损得很快，用气相沉积（PVD）的方法在刀具上喷涂氮化钒做保护层，可以解决刀具磨损问题［37］。氮化钒薄膜在高温时表层会产生熔化的V2O5，从而降低摩擦系数。这一特性使得氮化钒薄膜适用于不加润滑剂的高速运转的机械设备中［38］。
氮化钒热稳定性和化学稳定性高，力学性能强，是一种良好的电催化剂，具有高选择性、高抗中毒性和高导电性，其电导率约为106S/m。氮化钒纳米粒子在KOH 溶液中可产生高达1 340F/g的比电容［39，40］。与RuO2相比，低廉的价格和优异的物理性能使得氮化钒成为最有希望用作超级电容器电极材料。
（2）氮化铬的性质及应用
铬有两种氮化物，分别是CrN和Cr2N。CrN的晶体结构类型与VN相同，为立方晶体结构（图1.7），而Cr2N的晶体结构为六方晶体。CrN具有稳定的化学性质，并且不溶于水和酸。
图1.7 CrN的晶体结构
氮化铬的耐磨性能优于碳化铬，通过反应溅射获得的氮化铬涂层硬度通常在HV20～25GPa，其熔点为1650℃，具有良好的热稳定性，能够在各类切削材料和工具材料中用作保护涂层［41-44］。氮化铬体积电阻率为640Ω·cm，并且其电子结构适合用作电磁器件，在超导材料领域也有一定的应用前景［45-47］。利用氮化铬制备氮化合金能够大幅提高钢锭氮含量，并且能够获得表面质量更加优异的钢锭产品，有利于提高钢产品的成材率［48，49］。因此，氮化铬被视为一种极具潜力的新型材料，在将来的工业应用中会发挥巨大的作用。