크롬 도금이란? 고경도·경면의 매력과 설계상의 포인트

크롬 도금은 금속 표면에 크롬 피막을 형성하여 고경도, 내마모성, 내식성 및 경면 광택을 부여하는 표면 처리입니다. 자동차의 외장으로부터 산업 기계의 실린더까지 용도는 다방면에 사용되는 한편, 환경 규제·비용이라고 하는 과제도 있습니다.
본 내용에서는 크롬 도금의 기초와 종류 별 특징 그리고 설계에 있어서 선정 포인트를 해설합니다.

크롬 도금의 정의

크롬 도금이란 금속 소재의 표면에 금속 크롬 박막을 석출시키는 표면 처리(전기 도금)의 일종입니다. 일반적으로는 「크롬산(6가 크롬)을 주체로 하는 전해욕에 부품을 담가 전류를 흘려보냄으로써 소재 표면에 금속 크롬을 석출」공정으로 진행됩니다. 전기 화학 반응에 의해 형성되는 크롬 피막은 매우 단단한 금속질 층(보통 두께 수 µm~수백 µm)이 되어 소재의 내구성과 외관을 크게 향상 시킵니다.

크롬 도금의 종류

크롬 도금은 목적과 피막의 특성에 따라 여러 종류로 분류됩니다. 여기에서는 아래의 3종류에 대해 해설합니다. 설계자는 부품에 요구되는 기능이나 사용 환경에 따라 최적의 종류를 선정합니다.

각 종류에 대해 자세히 설명합니다.

경질 크롬 도금

공업 용도의 크롬 도금으로, 높은 경도와 내마모성, 내식성을 얻는 것을 목적으로 한 것입니다. meviy에서는 경화 크롬(플래시) 표기로 제공하고 있습니다. 일반적으로 초벌 처리한 금속 소재에 직접 두꺼운 크롬층을 석출시키는 처리입니다. 일반적으로는, 5μmi 이하등의 얇은 막 두께의 경우에 플래시라고 표기되는 경우도 있습니다.
경질 크롬 피막의 경도는 HV700~1000에 달하는 매우 단단한 막 성질로 내마모성이 뛰어나 슬라이딩 부품의 수명 향상에 기여합니다.

장식 크롬 도금

광택 니켈 도금 등의 바탕 위에 극히 얇게 크롬을 도금하는 것으로 외관의 아름다움과 내식성을 겨냥한 처리입니다. 거울 같은 광택과 고급스러움을 연출하는 용도로 널리 쓰이고 있습니다. 또한 박막이기 때문에 소재의 치수 정밀도에 미치는 영향이 작고, 정밀 부품의 외관 마감에도 적합합니다. 일반적으로 밑 바탕에 니켈층을 설치하여 평활성과 방청성을 높이고 그 위에 크롬을 얹는 다층 구조로 사용됩니다.

저온 흑색 크롬 도금

저온 흑색 크롬 도금은 0℃ 전후의 저온 환경에서 전기 도금을 실시하여 무광의 흑색 외관과 경질 크롬에 버금가는 내구성을 동시에 실현할 수 있는 특수 처리입니다. 내식, 내마모, 내열 성능은 일반 크롬 도금과 동등하지만, 검은색 피막은 흠집이나 얼룩이 눈에 띄기 때문에 공정 관리는 특히 까다로운 편입니다.

크롬 도금의 특성

고경도, 내마모성

크롬 도금은 공업용 도금 중 가장 단단한 도금이며, 경질 크롬 도금으로는 HV700~1000에 달하는 초 경 피막을 얻을 수 있습니다. 이를 통해 슬라이딩 부품(실린더나 샤프트 등)의 내마모 수명을 대폭 늘릴 수 있습니다. 또한 마찰 계수가 작고 윤활성도 뛰어납니다.

우수한 내식성

크롬 피막은 대기 중에서 신속하게 부동태막을 형성하여 기재를 녹으로부터 보호합니다. 막 두께가 10 µm 이상이 되면 내식성이 더욱 향상되고 강재를 장기적으로 보호할 수 있습니다. 장식 크롬에서는 방청 기능은 하단 니켈이 담당하고 박막 크롬이 그 표면을 보호하여 광택을 유지합니다.

한편 산성 환경에는 약하여 핀홀에서 녹이 진행될 우려가 있습니다. 또한 후막에서는 냉각 수축에 의한 미세 균열이 발생하여 내식성이 저하되는 경우도 있습니다. 보다 높은 내식성이 필요한 경우는 Ni-Cr 복합 도금이나 3가 크롬의 씰 처리가 유효합니다.

미관, 장식성 향상

크롬도금은 푸른빛을 띤 은백색의 경면마감이 특징으로 장식용도로 오랫동안 사용되어 왔습니다. 연마하면 경치가 비칠 정도로 반사율이 높아 자동차 외장이나 가정용품 등 다양한 제품에 채용되고 있습니다. 니켈 바탕에 박막 크롬을 덧대어 변색을 억제하고 광택을 오래 유지할 수 있습니다. 칠흑색의 흑색 크롬도 독특한 의장성을 가지고 있습니다.

크롬 도금 선정 포인트

크롬 도금의 채택 여부나 사양을 결정할 때는 기능, 소재 적합성, 비용, 양산성, 환경 규제의 3요소를 종합 평가합니다.

기능 요건, 소재 적합성 검토

요구하는 성능에 대해 크롬 도금이 정말 최적인지를 확인합시다. 검토할 포인트 예는 다음과 같습니다.

기능 요구사항

• 가장 중요한 요구 성능
• 구체적인 목표치
• 부품의 사용 환경

소재 적합성

• 가공 대상이 되는 소재 종류
• 가공 대상이 되는 소재에 대한 크롬 도금 관계성의 문제

형상, 치수 정밀도 고려

• 부품의 형상
• 크롬 도금을 진행하는데 있어 문제 확인
• 도금에 의한 치수 변화는 허용 범위 내인지 확인
• 마스킹이 필요한 부분 확인

예를 들어 내마모성이 요구되는 경우는 HV700 이상을 확보할 수 있는 경질 크롬이 유력합니다. 한편, 알루미늄 부품에 내식성과 변색을 동시에 주고 싶은 경우에서는, 같은 금속 표면 처리라도 아노다이징 쪽이 합리적입니다.

형상이 복잡한 부품이나 균일막 두께가 불가결한 용도에는 무전해 Ni-P이나 PVD 등, 다른 수법을 선택하는 편이 마감과 코스트의 양면에서 유리하게 되는 경우도 있습니다. 요구 성능, 소재, 형상, 공차, 사용 환경을 나란히 평가하고 크롬에서만 얻을 수 있는 이점이 있는지 확인하십시오.

코스트, 양산성 검토

다음으로 코스트·양산성의 검토를 실시합니다. 구체적인 포인트는 다음과 같습니다.

• 예산의 정도, 크롬 도금의 코스트의 허용 범위
• 생산 로트 수는 (시험 제작, 소 로트, 양산)
• 저렴한 대체 처리로 요구된 성능을 충족이 가능한지 여부 확인

크롬 도금은 고성능이지만, 약품 관리 비용과 전 처리·후 처리의 수고가 들기 때문에, 다른 표면 처리보다 비싸지기 쉬운 경향이 있습니다. 따라서 크롬 도금의 비용이 허용 범위 내 인지를 평가합시다.

시험 제작이나 소 로트에서는 견적액이 예상을 웃도는 경우도 드물지 않기 때문에, 방청과 경도를 거기서 채울 수 있는 무전해 니켈이나 Zn-Ni 합금등의 대체 처리로 전환하면 예산 내로 들어갈 수 있습니다.

반대로 자동차 외장 등 대량 생산품에서는 크롬 전용 라인을 이용하면 개당 비용을 압축할 수 있습니다. 대형품이나 1점물은 대응하는 업체가 한정되어 고액이 되기 때문에 설계 단계에서 부품을 분할하여 후에 조립하는 등 구조면에서의 비용 저감책도 검토해 주십시오.

환경부하, 법규제 대응 검토

환경부하·법규제 대응 검토도 잊어서는 안 됩니다. 아래의 포인트를 이해해 둡시다.

• 6가 크롬을 사용하는 데 있어 문제 확인
• 3가 크롬 도금 및 다른 6가 크롬 프리 처리 대안 가능 확인
• 공급업체는 환경규제에 대응한 설비·관리체제 확립 확인

6가 크롬은 강한 독성이 있기 때문에 RoHS나 REACH 같은 국제 규제로 엄격하게 관리되고 있습니다. 공정에서 6가 크롬을 다루는 이상 배수 처리 및 작업자의 안전을 확보하는 추가 비용이 발생합니다.

유럽과 미국에서는 6가 크롬욕의 사용금지를 위한 움직임이 가속화되고 있으며, 3가 크롬 도금 전해액이나 PVD(Physical Vapor Deposition: 물리증착법 )로의 치환이 진행되고 있습니다. 국내에서도 자동차 업계를 중심으로 「6가 크롬 프리 처리」로의 대체가 이뤄지고 있기 때문에 설계 시점에 수출처 규제와 공급망 방침을 확인하고 필요할 경우 3가 크롬과 DLC, Zn-Ni 합금 등을 대체 방안으로 마련해 두면 안심이 됩니다.

또, 도면에 「전해 크롬 금지」나 「3가 크롬 사용」 등 명확한 지시를 넣는 것으로, 후 공정에서의 혼란을 막아, 환경 부하와 컴플리언스 리스크를 줄일 수 있습니다.

정리

크롬 도금은, 고경도·내마모성·뛰어난 내식성, 그리고 아름다운 외관이 평가되어, 예로부터 공업 부품이나 제품 디자인에 불가결한 기술이 되고 있습니다. 한편, 환경 규제의 강화나 대체 기술의 등장으로, 현재는 전환기를 맞이하고 있습니다. 설계자께서는 이번 내용에서 소개한 내용을 참고로 성능·비용·환경 대응을 종합적으로 판별해 최적의 표면처리를 선정해 주세요.