Electrochemical behaviour of AISI 201 austenitic stainless steel in 0.5 M H₂SO₄

ABSTRACT

In the present investigation, the electrochemical behavior and the semiconducting properties of the passive film formed on AISI 201 austenitic stainless steel has been studied using different electrochemical analysis techniques. The passivity of the steel was evaluated by potentiodynamic and potentiostatic polarisation, and electrochemical impedance spectroscopy. Additionally, the Mott–Schottky analysis considering the point defect model was used for determining the semiconducting behavior of the film formed at different applied potentials. The potentiodynamic polarisation curve indicated that AISI 201 austenitic stainless steel exhibits a passivation property in the potential range of −0.2–0.8 V. The average steady-state current density was calculated by conducting a series of potentiostatic polarisation tests at the selected film-forming potentials. The passive films formed on the surface of metals are mainly made up of metallic oxides and hydroxides, which are envisaged as semiconductors. The Mott–Schottky analysis showed that the passive film exhibits n-type behavior. Based on the point defect model, it was deduced that the primary defects in the passive film formed on AISI 201 steel are metal interstitials and oxygen vacancies. The p-type behavior was not observed, indicating that the concentration of the cation vacancies is not significant in the passive film.

Dans l’étude actuelle, on a étudié le comportement électrochimique et les propriétés semi-conductrices du film passif formé sur l’acier inoxydable austénitique AISI 201 en utilisant différentes techniques d’analyse électrochimique. On a évalué la passivité de l’acier par polarisation potentiocinétique et potentiostatique et par spectroscopie d’impédance électrochimique. De plus, on a utilisé l’analyse de Mott–Schottky en considérant le modèle de défaut ponctuel pour déterminer le comportement semi-conducteur du film formé à différents potentiels appliqués. La courbe de polarisation potentiocinétique a indiqué que l’acier inoxydable austénitique AISI 201 exhibe une propriété de passivation dans la gamme de potentiel de −0.2 à 0.8 V. On a calculé la densité moyenne de courant en régime permanent en effectuant une série d’essais de polarisation potentiostatique aux potentiels filmogènes choisis, et l’on a déterminé sa valeur approximativement comme étant d’environ 7.01 μA/cm². Les films passifs formés à la surface des métaux sont principalement constitués d’oxydes et d’hydroxydes métalliques, qui sont envisagés comme semi-conducteurs. L’analyse de Mott–Schottky a montré que le film passif exhibe un comportement de type n. Sur la base du modèle de défaut ponctuel, on a déduit que les principaux défauts dans le film passif formé sur l’acier AISI 201 sont des interstitiels métalliques et des lacunes d’oxygène. On n’a pas observé de comportement de type p, indiquant que la concentration des lacunes cationiques n’est pas significative dans le film passif. On a également conclu que l’épaisseur du film passif augmente linéairement avec le potentiel filmogène.

KEYWORDS:

• Passivity
• AISI 201 stainless steel
• polarization
• Mott-Schottky analysis
• point defect model
• EIS measurement

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