6가 크롬이란? 용도·규제·설계시의 주의점까지 해설

크롬은 크게 3가 크롬(Cr³⁺)과 6가 크롬(Cr⁶⁺)의 두 가지 산화 상태가 있으며 각각 독성과 용도가 다릅니다. 본 기사에서는 보다 유해성이 높고 규제도 엄격한 「6가 크롬」에 초점을 맞추어 그 특성·용도·규제동향·설계시의 주의점을 자세하게 해설합니다.

6가 크롬의 정의

6가 크롬의 개요와 문제점

6가 크롬은 크롬(Cr)이 +6인 산화 상태를 취하는 화합물군으로 크롬산염으로 대표되는 강력한 산화제입니다. 수용액에서는 주황색~황색을 나타내고, 금속 표면에 부동태 피막을 형성하여 내식, 내마모성을 높이기에 도금이나 안료에 이용되어 왔습니다.

6가 크롬은 자연계에는 거의 존재하지 않고 공업적으로 제조됩니다. 철 크롬 광석 크로마이트(FeCr₂O₄)를 탄산나트륨·석회와 함께 약 1,100℃에서 산화 소성하여 얻어진 크롬산 나트륨(Na₂CrO₄)을 산처리하여 2크롬산 나트륨(Na₂Cr₂O₇)이나 크롬산(CrO₃)으로 정제하는 공정으로 제조됩니다.
발암성을 포함한 높은 독성에 국제암연구기관(IARC)은 「사람에게 암을 일으킬 증거가 충분하다」는 그룹1으로 분류하고 있으며, 이는 석면이나 카드뮴과 동등한 가장 위험이 높은 분류입니다. 일본에서도 노동안전위생법에서 「특정 화학물질」로 엄격하게 관리되고 있어 제품 설계에서는 유해성 평가와 법령 준수를 최우선할 필요가 있습니다.

3가 크롬과의 비교

크롬에는 6가 크롬(Cr⁶⁺) 외에 산화수가 +3인 3가 크롬(Cr³⁺)이 존재합니다.

표 1 6가 크롬과 3가 크롬의 비교 

3가 크롬은 자연계에도 널리 존재하는 비교적 안정된 물질입니다. EU의 RoHS 지령이나 REACH 규칙과 같은 주요 환경규제에서는 6가 크롬은 원칙적으로 사용이 금지 또는 엄격하게 제한(예: RoHS에서는 균질재료당 0.1wt%=1,000ppm 미만)되고 있습니다만, 3가 크롬은 기본적으로 이들 규제대상에서 제외됩니다.

다만 주의사항으로서 3가 크롬은 특정 조건하(예를 들어 강산성이나 고온환경)에서 유해한 6가 크롬으로 변화(산화)할 가능성이 지적되고 있습니다. 따라서 3가 크롬을 이용하는 도금 프로세스 등에서는 공정관리(특히 pH관리)를 적절히 하여 제품에 6가 크롬이 잔류·생성하지 않는지 확인해야 합니다.

성능면에서는 기존의 6가 크롬 도금은 푸른 빛이 도는 아름다운 은백색 외관과 자기 수복성을 가진 크로메이트 피막에 의한 뛰어난 내식성이 특징입니다. 한편, 대체적으로 보급이 진행되는 3가 크롬 도금은 색조가 약간 어두운 경향이 있지만, 내식성이나 내마모성 등의 기본 성능은 6가 크롬 도금에 필적하는 수준까지 향상되어 있고, 피막의 밀착성 등은 오히려 우수한 경우도 있습니다.

독성의 강도 이외에도 6가와 3가로 성질에 차이가 있지만, 최근에는 유해한 6가 크롬을 피하기 위해 성능면의 다소의 핸디캡은 허용해도 3가 크롬이나 다른 대체 처리로 이행하는 흐름이 주류입니다.

또한 meviy에서는 환경을 고려한 3가 크로메이트 도금에 대응하고 있습니다. 흰색과 검은색 두가지로 준비되어 있으며, 모든 서비스 지원 가능합니다.

6가 크롬의 용도

여기에서는 6가 크롬의 용도에 대해 살펴보겠습니다.

도금 처리

6가 크롬은 강력한 산화력과 금속 표면에 대한 뛰어난 밀착성, 그리고 형성되는 피막의 경도나 내식성의 높이로 인해 전기 도금용 용액으로서 오랜 세월에 걸쳐 주류였습니다. 대표적인 것이 크롬 도금(장식 크롬, 하드 크롬)으로, 은청색의 고경도 피막이 자동차 범퍼나 공구, 기계 부품의 내마모·방청 코팅에 채용되어 왔습니다.

또한 아연 도금 후 실시하는 크로메이트 처리에서도 6가 크롬은 부식 방지 성분으로서 필수적으로 볼트/너트나 전자기기 골격에 황 주황색의 피막을 형성하여 자기 수복성이 높은 방청 효과를 부여합니다. 그러나 2000년대 이후 EU RoHS·REACH 규제로 인해 6가 크롬 도금은 순차적으로 제한되어 3가 크롬이나 무크롬 화성 처리로 대체가 진행 중입니다.

안료·도료 용도

6가 크롬 화합물의 대표격인 납 크로메이트(크롬 옐로우)나 아연 크로메이트는 선명한 황주색과 탁월한 내후·방청성으로 인해 산업용 도료·도로 표시·항공기 외판 등에 오랫동안 사용되어 왔습니다.

그러나 납과 6가 크롬의 복합 독성이 문제시되고 있기에 EU RoHS·REACH나 국내화심법에서 단계적으로 규제가 강화되고 있습니다. 현재는 3가 크롬 안료, 산화철황, 무독의 유기 아조 안료 등으로의 치환이 진행 중이며, 방청 목적으로는 알루미늄 플레이크+인산 아연을 조합한 크롬 프리 도장이나 고 고형분 에폭시 도료가 주류입니다.

설계 단계에서는 요구되는 색이나 기능(내후성, 방청성 등)을 충족하는 「6가 크롬 프리」의 안료·도료를 전제로 선정하고 그 성능을 평가하는 것이 필수적입니다.

6가 크롬 규정

강한 독성과 환경 잔류성을 가진 6가 크롬은 각국에서 법령에 의해 엄격하게 규제되고 있습니다. 여기에서는, 주로 유럽을 중심으로 한 해외의 규제에 대해서, 최신 동향을 포함해 해설합니다.

해외규제

해외에서는 함유 화학물질 규제가 진행되어 6가 크롬도 대상입니다.

RoHS 지침

유럽연합(EU)에 의한 전기·전자 기기에 포함되는 특정 유해 물질의 사용 제한에 관한 지령입니다. 6가 크롬은 제품을 구성하는 균질 재료마다 0.1wt% 이하가 되도록 제한되어 있습니다.

REACH 규칙

EU 역내에서 제조·수입되는 모든 화학물질(제품에 포함되는 것도 포함한다)의 등록, 평가, 인가, 제한을 실시하는 포괄적인 규칙입니다. 크롬산염류는 고 우려 물질(SVHC)로 지정되어 허가가 없는 한 역내에서 사용할 수 없습니다.

EU는 2025년 이후에 추가 10가지 종류의 6가 크롬염을 일괄 제한할 방침입니다. 또, 미국 캘리포니아주 대기 자원 위원회(CARB)는, 6가 크롬의 단계적 폐지를 정식으로 승인하고 있습니다. 제품을 세계시장에서 전개하기 위해서는 규제동향을 파악하고 설계단계부터 준수하는 것이 불가결합니다.

제조업의 설계자·제품 개발자가 알아야 할 6가 크롬 주의점

6가 크롬의 리스크와 규제를 이해한 후에 설계자·개발자는 구체적으로 어떤 점에 주의해야 할까요? 실무에 있어서의 중요한 포인트를 정리합니다.

법령・규제 준수

제품을 전개하는 시장의 최신 규제(RoHS, REACH 등)를 정확하게 파악하고, 요구되는 기준치나 절차를 준수하는 것이 불가결합니다. 설계도면이나 사양서에는 「6가 크롬 프리」나 구체적인 대체 처리명을 기록해, 필요에 따라서 적용 규격이나 요구 성능도 나타냅니다.

부품표(BOM)에서 화학물질 정보를 관리하고, 서플라이어로부터 비함유 증명서(chemSHERPA 등)를 입수·확인하는 체제를 갖추는 것도 중요합니다. 공급업체에 대해서도 6가 크롬 미사용 요구를 명확히 전달하고 준수 상황을 관리합니다. 과거의 도면도 정기적으로 리뷰하고, 6가 크롬 지정이 있으면 신속하게 대체로 전환하는 공정을 확립합시다.

건강 및 환경 위험 평가 및 대책

제품의 기획부터 제조, 사용, 폐기에 이르는 전 생애주기에서 6가 크롬이 사람이나 환경에 미치는 리스크를 인식하는 것이 중요합니다. 자사 공장뿐만 아니라 서플라이어의 제조 공정(특히 도금이나 도장)에서의 리스크도 고려해야 합니다.

설계 초기 단계부터 6가 크롬을 사용하지 않는 것을 전제로 대체 기술의 채택을 최우선으로 검토해야 합니다. 대체가 어려운 경우에는 긴급 절차와 정보 공개로 리스크를 억제합시다. 라이프 사이클 어세스먼트(LCA)의 시점을 도입하여 재료 선정이나 프로세스 선정에 있어서 유해 물질의 사용·배출을 억제하고 제품 전체의 환경 부하를 저감하는 설계를 목표로 하는 것이 요구됩니다

안전한 취급 및 제품 수명주기에서의 환경 평가

표면처리 등을 외부에 위탁할 때는 서플라이어가 약품관리, 작업환경, 배수처리, 품질검사 체제를 적절히 구축·운용하고 있는지를 확인하고 필요에 따라 공정감사를 실시합니다. 제품 사용 시에 마모나 열화에 의해 6가 크롬이 용출·비산될 위험을 고려하여 가장 확실한 대책으로 대체 기술을 채택해야 합니다.

폐기·재활용 단계에서 처리 업자가 적절한 대응을 취할 수 있도록 부품에 대한 재질 표시나 BOM 정보를 활용한 정보 제공도 중요합니다. 법령 준수는 최소한의 요구이며, 적극적으로 환경 부하가 적은 재료·프로세스를 선택하는 그린 설계 사상을 갖는 것이 기업의 지속 가능성을 높입니다.

대체 기술의 적극적인 조사, 선정, 평가 및 성능 검증

3가 크롬 도금이나 비크롬 화성 처리, 특수 합금 도금, 고기능 도료 등, 이용 가능한 대체 기술의 종류, 특징, 메리트·단점, 비용감, 적용 가능한 서플라이어에 대해 적극적으로 정보를 수집·조사합니다. 제품에 요구되는 내식성, 내마모성, 외관 등의 요구 성능을 명확히 하고, 각 기술이 그 요구를 충족시킬 수 있는지 비교 검토하는 것이 불가결합니다.

대체 기술은 공급 업체에 따른 기술력 및 품질관리 수준에 차이가 있으므로 실적 및 기술 자료를 바탕으로 신뢰할 수 있는 업체를 선정합니다. 최종적으로는 반드시 시제품으로 실기 평가나 각종 시험을 실시해, 요구 성능을 충족시키는지, 품질은 안정되어 있는 지를 종래 제품과 비교하면서 철저히 검증합시다.

정리

6가 크롬은 뛰어난 방식 성능을 가지면서 높은 건강·환경 리스크를 수반하기 때문에 세계적으로 사용이 제한되고 있습니다. 설계자·개발자는 최신 법령을 항상 파악해, 서플라이 체인 전체에서 비함유를 증명할 수 있는 체제를 갖추는 것이 불가결합니다.
3가 크롬 도금이나 지르코늄계 화성 피막 등 대체 기술은 실용 영역에 도달하여 방청 성능도 손색이 없습니다. 법령 준수와 품질을 양립시켜 환경과 조화된 지속 가능한 것 만들기를 추진합시다.