Hydrogen evolution reaction on ferritic stainless steel

(The Institute of physical chemistry, electrochemistry and metallurgy of the Milan Polytechnic, Research Centre on electrode processes of the CNR, Piazza L. da Vinci, 32, 20133 Milan), Italy.

Abstract

Following a preceding research on austenitic and martensitic stainless steels, the hydrogen evolution reaction on ferritic stainless steel has been investigated.

Ferritic stainless steel was strongly corroded in sulphuric acid solutions; nevertheless a linear Tafel behaviour was observed, albeit in a limited range at high cathodic potentials. The values obtained for the Tafel slope and the electrochemical reaction order with respect to the hydrogen ions were 140 mV and 0.89 respectively. From these data, and taking into account some general considerations on the coverage of the electrode surface with atomic hydrogen, it was possible to conclude that the reaction proceeds according to the proton discharge-electrochemical desorption mechanism and that the second step is the rate determining one.

Ferritic stainless steel was initially covered with an oxide film which is easily reducible cathodically in sodium hydroxide soutions. From the measurements on an oxide free surface the values of 100 mV and 0.39 for the two kinetic parameters considered in acid solutions were obtained. These results support the conclusion that the mechanism is the same as in acid solutions, while the surface coverage is lower than found in acid solutions, i.e. intermediate.

Résumé

En suivant une recherche précédente sur l'acier inoxydable austénitique et martensitique, on a étudié la réaction de dégagement de l’hydrogène sur l'acier inoxydable ferritique.

L'acier inoxydable ferritique était fortement corrodable en solutions d’acide sulfurique ; malgré cela on a observé un comportement linéaire de Tafel bien que pendant une intervalle limitée aux potentielles cathodiques élevée. Les valeurs obtenues pour la peinte de Tafel et pour l’ordre de la réaction électrochimique par rapport aux ions d’hydrogène étaient respectivement égales à 140 mV et 0,89. De ces résultats, et après avoir examiné certaines considérations générales sur le degré de recouvrement de la surface électrodique par l'hydrogène atomique, il était possible de conclure que la réaction procède selon le mécanisme décharge du proton- désorption électrochimique et que la deuxième réaction était la plus lente.

L'acier inoxydable ferritique était au début recouvert d'un film d’oxyde qui est facilement cathodiquement réductible en solutions de soude caustique. Des mesures sur une surface non oxydée on a obtenus les valeurs de 100 mV et 0,39 pour les deux paramètres cinétiques considérés en solutions acides. Ces résultats ont permis de conclure que le mécanisme est le même qu'en solutions acides, mais que le degré de recouvrement de la surface est plus petit, c’est-à-dire intermédiaire.