3가 크롬의 정의, 특성, 용도와 6가 크롬과의 차이에 대해 해설

3가 크롬은 RoHS 지령에 대응한 환경 배려형 방청 표면 처리입니다. 한편, 종래의 「6가 크롬」과의 차이나, 「3가 화이트」 「3가 유니크로」라고 하는 복수의 호칭이 존재해, 설계·선정시에 혼란을 초래하기 쉽습니다.

이번 내용에서는 설계자·개발 담당자 전용으로 3가 크롬의 기본적인 정의나 특성, 6가 크롬과의 성능·규제면에서의 차이, 그리고 용도에 따른 선정 포인트까지를 철저하게 해설합니다.

3가 크롬의 정의

3가 크롬이란 주로 철강 부품의 녹을 방지하기 위한 목적으로 아연 도금 위에 실시되는 환경 대응형 화성 처리입니다. 3가 크롬이 현대의 주류가 된 이유는 기존의 크롬 처리에서 사용되어 온 인체나 환경에 유해한 「6가 크롬」을 일절 사용하지 않고 RoHS 지령 등의 국제적인 환경규제에 적합하기 때문입니다.

구체적으로는, 전기 아연 도금을 실시한 볼트나 금구등을, 무해한 3가 크롬(Cr³⁺)을 주성분으로 하는 약액에 침지시켜, 화학 반응에 의해서 아연 표면에 치밀하고 안정한 방청 피막을 형성합니다.

형성된 피막은 은백색이나 흑색과 같은 외관을 부품에 부여함과 동시에 녹의 원인이 되는 외부 환경으로부터 아연 도금층을 보호하는 장벽으로서 기능합니다.

3가 크롬 처리의 특징·장점/단점

3가 크롬은 환경 대응과 높은 방청성을 양립하는 뛰어난 처리이지만 만능은 아닙니다. 기존의 6가 크롬과 비교했을 때의 성능 차이나 비용, 내마모성과 같은 측면도 존재합니다. 여기에서는, 3가 크롬 처리의 특징이나 장점·단점에 대해 살펴봅시다.

특징 · 장점

3가 크롬 처리는 환경 규제에 대한 적합성과 높은 방청 성능 및 외관 조정 능력을 양립한다는 점에 장점이 있습니다. 유해한 6가 크롬을 포함하지 않기 때문에 RoHS 지령 등의 국제 규제를 클리어할 수 있고 인체 및 환경에 대한 안전성이 확보되어 있기 때문입니다. 예를 들면, 수출용 자동차 부품이나 전자 기기에서는, 환경 대응성이 채용의 필수 조건이 되고 있습니다.

동시에 바탕의 아연 도금층 위에 형성되는 화학적으로 안정된 피막이 공기와 수분을 차단하는 강력한 장벽이 되어 녹의 발생을 장기간 억제합니다. 또, 처리액의 조정에 의해서 은백색이나 흑색 등 다양한 외관을 부여할 수 있기 때문에, 디자인성이 요구되는 제품에도 대응 가능합니다.

이와 같이, 안전성, 방청력, 의장성, 그리고 저비용으로의 양산 적성과 같은, 현대의 제품 개발에 불가결한 요소를 높은 레벨로 충족시키는 것이 큰 이점입니다.

단점·유의점

3가 크롬 처리의 주된 단점은 기존의 6가 크롬에 갖추어져 있던 「자기수복 기능」에 뒤떨어진다는 점입니다. 피막이 화학적으로 안정돼 있기 때문에 상처가 발생해도 6가 크롬처럼 크롬 이온이 용출되어 상처를 재보호하는 작용이 거의 작용하지 않기 때문입니다.

또한 피막 자체가 수 μm로 얇고 부드럽기 때문에 강한 마찰이나 충격이 가해지는 환경에서는 쉽게 손상되거나 벗겨집니다. 예를 들어 공구로 세게 문지르기만 해도 희끄무레한 자국이 남는 경우도 있고, 자주 탈착되는 나사나 접동부에서는 조기에 피막이 마모되어 방청 효과를 잃을 수 있습니다.

따라서 흠집이 생기기 쉬운 용도나 높은 내마모성이 요구되는 곳에는 적합하지 않다는 점에 주의해야 합니다.

3가 크롬 처리의 종류

3가 크롬 처리는 마감 색상에 따라 크게 두 종류로 나눌 수 있습니다. 일반적으로 「3가 크롬(백)」과 「3가 크롬(흑)」이라고 불리며 외관뿐만 아니라 내식성이나 호칭도 다릅니다. 여기서는 이러한 특징에 대해 자세히 살펴보도록 하겠습니다.

3가 크롬(백)

3가 크롬(백)는 투명하고 푸른 빛이 도는 은백색의 외관을 가지며, 기존의 유니크로 도금의 대체로서 널리 이용되는 표준적인 처리입니다. 널리 보급된 이유는 광택이 나는 은백색 외관이 폭넓은 제품에 매치돼 소재 미관을 해치지 않으면서도 우수한 방청 성능을 부여할 수 있기 때문입니다.

또, 종래의 6가 유니크로 도금과 외형이 비슷하기 때문에, 환경 규제 대응으로의 이행을 부드럽게 실시할 수 있다고 하는 배경도 있습니다. 주요 용도는 다음과 같습니다.

• PC 내부의 브라켓
• 가전 ​​제품의 나사
• 사무용품

제조사에 따라서는 「3가 화이트」나 「3가 유니크로」라고도 불리며, 처리액의 조건에 따라 미묘한 색조의 차이가 생깁니다. 이와 같이 3가 크롬(백)은 범용성이 높은 외관과 충분한 방청 성능으로 인해 현대 공산품의 표준적인 방청 처리로 활용되고 있습니다.

3가 크롬(흑)

3가 크롬(흑)은 흑색 외관을 특징으로 하며, 높은 의장성과 빛의 반사 방지가 요구되는 용도로 채택되는 처리입니다. 검은 피막은 처리액에 황이나 코발트 같은 금속염을 첨가하여 아연 도금 표면에서 검은색 화합물을 의도적으로 생성시킵니다.

단순한 방청 기능뿐만 아니라 제품에 중후감이나 고급스러움과 같은 디자인적인 가치를 부여합니다. 다음이 주로 이용되는 대표적인 예입니다.

• 자동차 엔진 룸 내의 부품
• 카메라 내부 부품
• 오디오 장비 섀시

또, 흑색은 빛을 흡수하기 때문에, 광학 기기의 미광 방지라고 하는 기능적인 목적으로도 활용됩니다. 따라서 3가 검정 크롬은 기본적인 방청 성능과 더불어 높은 디자인성이나 특정 기능성이 요구되는 경우에 최적의 선택지입니다.

3가 크롬 처리의 명칭 대응

3가 크롬 처리는, 「3가 화이트」 「3가 유니크로」 「3가 블랙」 등, 복수의 통칭으로 불립니다. 설계·발주 시에는 정확한 명칭의 지정이 불가결합니다.

명칭의 다양성은 기존의 6가 크롬 처리 호칭(예: 유니크로)을 대체하는 형태로 생겨난 역사적 경위에 기인합니다. 특히 「3가 백」과 「3가 유니크로」는, 대부분의 경우, 같은 은백색의 3가 크롬 처리를 가리킵니다만, 메이커에 따라서는 내식성이나 색조가 약간 다른 등급을 구별하고 있는 경우도 있습니다.

만약 검정색을 원한다면 「3가 검정」 또는 「3가 블랙」으로 명확하게 지정해야 합니다. 의도대로의 사양으로 마감하기 위해서는, 통칭을 이해해, 도면이나 사양서에서 색을 포함한 명확한 명칭의 지정이 중요합니다.

3가 크롬과 6가 크의 차이(성능·환경 규제의 비교)

3가 크롬은 기존 6가 크롬의 대체 기술로 탄생했지만, 양측은 안전성이나 성능 면에서 중요한 차이가 있습니다. 여기에서는, 양자의 차이를 안전성, 성능, 그리고 비교표를 통해서 살펴봅시다.

환경 규제・안전성의 차이

6가 크롬은 유해한 6가 크롬(Cr⁶⁺)을 포함하고 있기 때문에 RoHS 지령이나 ELV 지령 등의 국제적인 환경규제로 사용이 금지 또는 엄격하게 제한되어 있습니다. 한편, 3가 크롬은 무해한 3가 크롬(Cr³⁺)을 주성분으로 하기 때문에 이러한 규제의 대상에서 제외됩니다.

3가 크롬의 안전성은 제조 현장 작업자의 건강 위험을 줄일 뿐만 아니라 제품을 사용하는 최종 사용자의 안전에도 직결됩니다. 예를 들면, 유럽 전용의 자동차 부품이나 전자 기기에서는, 이 규제를 배경으로 6가 크롬에서 3가 크롬의 전환이 완료되었습니다.

내식성·성능의 차이

방청 성능에서 3가 크롬은 현재 기술로 6가 크롬과 동등 이상을 실현했습니다. 단, 피막에 상처가 났을 때의 「자기 수복 기능」 유무가 결정적인 차이입니다.

6가 크롬 피막은 내부에 보유된 6가 크롬 이온이 상처 부분에 녹아 다시 부동태 피막을 형성하는 뛰어난 특성을 가지고 있었습니다. 한편, 3가 크롬 피막에는 이 자가수복 작용을 거의 기대할 수 없습니다. 한편 내열성에 관해서는 3가 크롬이 우수합니다.

종합적인 방청력과 내열성이 우수한 3가 크롬, 상처에 대한 내성으로 이점이 있었던 6가 크롬이라는 성능 차이의 이해가 중요합니다.

3가 크롬과 6가 크롬의 비교표(개요)

3가와 6가 크롬의 주요 차이점은 아래 표에 요약되어 있습니다.

이 비교가 보여주듯이 환경 대응과 안전성이 필수인 현대에 있어서 3가 크롬이 표준적인 선택지입니다. 한편, 자기 수복성이라고 하는 6가 크롬만의 특성을 대체하기 위해서, 3가 크롬에 톱 코트를 추가하는 등의 기술 개발도 진행되고 있습니다.

3가 크롬과 다른 처리와의 비교(아연 도금·전착 도장 등)

3가 크롬은 만능이 아니며 용도에 따라 다른 표면 처리와의 비교가 중요합니다. 여기에서는, 아연 도금·전착 도장등과의 차이에 대해 살펴봅시다.

아연 도금(크롬 처리 없음)과의 차이

아연 도금은 철의 희생이 되어 녹을 막는 기능(희생 방식 작용)을 가지는 한편, 그 자체가 대기중의 산소나 수분과 반응해 백녹을 발생시켜 버립니다. 3가 크롬 피막은 아연 도금층 위에 화학적으로 안정된 부동태막을 형성하여 물리적 장벽으로서 아연의 산화를 장기간 억제합니다.

이 성능 차이는 야외에서 사용되는 건축 철물이나 장기간 보관하는 부품의 품질을 보증하는 데 결정적으로 중요합니다. 후공정에서의 도장이나 용접과 같은 특별한 이유가 없는 한 아연도금과 3가 크롬은 세트로 실시하는 것이 표준 공정이라고 할 수 있습니다.

유니크로 도금(6가 크롬)과의 차이

「유니크로 도금」이란, 푸른 빛이 도는 은백색의 「6가 크롬 처리」를 가리키는 통칭입니다. 현행 3가 크롬 처리와는 내식 성능과 환경 규제 면에서 전혀 다릅니다.

6가 크롬을 함유하는 유니크로 도금은 RoHS 지령 등의 국제 규제로 사용이 제한 또는 금지되어 있을 뿐만 아니라 방청 성능에서도 현재의 3가 크롬에 크게 뒤쳐집니다. 종래의 유니크로 도금은 피막이 매우 얇고, 내식성이 낮았기 때문입니다.

외관이 비슷하기 때문에 혼동되기 쉽지만, 이 성능 차이를 이해하지 않고 종래의 감각으로 있으면, 제품의 조기 녹 발생과 같은 중대한 불량으로 이어질 수 있습니다. 현재 유통되는 「유니크로」명의 제품은 대부분이 3가 크롬 제품이지만, 양쪽은 별개라고 인식해, 사양을 확실히 확인합시다.

전착 도장(카티온 전착)과의 차이

전착 도장과 3가 크롬 처리의 큰 차이는 피막의 종류(유기/무기)나 막 두께, 도전성의 유무에 있습니다. 전착 도장이 에폭시, 수지 등을 주성분으로 하는 비교적 두꺼운 절연성 유기막을 형성하는 것에 비해, 3가 크롬은 크롬 화합물을 주성분으로 하는 매우 얇은 도전성 무기막입니다.

양쪽의 용도는 명확하게 나누어져 있어 나사산과 같은 정밀한 치수 공차가 요구되는 부품이나 접지 단자와 같이 전기를 통할 필요가 있는 부품에는 막 두께가 얇고 도전성을 가진 3가 크롬이 적합합니다.

한편, 자동차 몸체처럼 높은 수준의 방청성과 의장성이 요구되는 구조물에는 프라이머로서 균일한 막두께를 얻기 쉬운 전착 도장이 사용됩니다. 부품에 요구되는 치수 정밀도, 도전성의 필요 여부, 그리고 비용이나 형상에 따라, 양쪽 적절히 구분해 사용합시다.

인산염 피막 처리와의 비교

인산염 피막 처리(파커 처리)는 주로 「도장의 밀착성 향상」을 목적으로 하는 기초 처리이며, 단독 방청을 주목적으로 하는 3가 크롬 처리와는 역할이 다릅니다.

인산염 피막은 표면에 마이크론 단위의 미세한 요철을 가진 다공성 결정 구조를 형성합니다. 이 요철이 앵커 효과로 작용하여 도료가 물리적으로 강력하게 달라붙음으로써 도막의 밀착성을 높입니다. 그러나 피막 자체는 물을 빨기 쉽기 때문에 무도장 상태에서는 방청력이 거의 없습니다.

한편, 3가 크롬 피막은 치밀한 배리어층이 되어, 무도장에서도 아연의 백녹을 억제합니다. 따라서 후공정에서 도장을 실시할지 여부가 양자를 선정하는데 있어서의 판단기준이 됩니다.

3가 크롬에 적합한 재료·형상

3가 크롬은 기본적으로 아연 도금 상에 실시하는 처리입니다. 적용 재료에는 일정한 조건이 요구됩니다. 여기에서는 적용 가능한 재료의 종류와 설계 시 배려해야 할 형상의 포인트에 대해 해설합니다.

적용 가능한 재료

3가 크롬은 아연 도금이 된 철강 재료와 아연계 소재에 광범위하게 적용되는 처리입니다. 3가 크롬이 아연 표면과 화학 반응하여 방청 피막을 형성하는 원리를 바탕으로 하기 때문에 바탕에 아연의 존재가 조건이 되기 때문입니다.

일반적인 철강 부품은 물론 소재 자체가 아연인 아연 다이캐스팅이나 자동차에서 사용되는 고내식성 아연 니켈 합금 도금 등이 주요 대상입니다. 또한 최근에는 알루미늄 전용 3가 크롬 화성 처리도 개발되고 있습니다만, 철강용과는 처리액이 달라 전용 라인이 필요합니다.

형상에 관한 유의점

부품의 형상을 설계할 때는 전기 도금 특유의 막 두께 편차와 처리액 잔류에 주의해야 합니다. 전기도금에서는 전류가 집중되기 쉬운 에지 부분이나 선단은 막 두께가 두꺼워지는 반면 깊은 홀의 바닥이나 구석 부분은 얇아지는 경향이 있기 때문입니다. 막 두께의 불균일은 크롬 피막의 방청 성능 얼룩과 직결됩니다.

또, 포켓홀이나 부품이 서로 겹쳐진 부분이 있으면, 내부에 처리액이 잔류해, 나중에 스며들어 부식의 원인이 될 수 있습니다. 방지하기 위해서는 설계 단계에서 예리한 모서리를 피해 면취를 하거나 배수용 구멍을 마련하는 등의 배려가 필요합니다.

따라서 균일하고 신뢰성 높은 방청 성능을 얻기 위해서는 액체 처리 특성을 이해한 후 형상 설계가 필요합니다.

3가 크롬 처리의 주의점・설계상의 포인트

3가 크롬 처리는 도금 후의 치수 변화나 소재의 특성, 후공정과의 궁합까지 고려해야 합니다. 여기에서는 설계자가 알아야 할 치수 공차에 미치는 영향과 고강도재의 리스크, 용접·도장 시의 주의점에 대해 해설합니다.

치수 공차 및 기계적 특성에 관한 주의

3가 크롬 처리는 수 μm의 막 두께가 정밀 부품의 치수 공차에 영향을 미치며, 특히 고강도 강철에서는 수소 취성의 리스크 관리가 매우 중요합니다. 왜냐하면, 아연 도금과 크롬 피막의 합계 두께는 5~10 μm 정도에 달하기 때문에, 정밀한 끼워 맞추기 공차에서는, 막 두께가 클리어런스 부족이나 작동 불량을 일으키기 때문입니다.

또 도금공정에서 발생하는 수소가 소재 내부에 침입하면 특히 인장강도 1,000MPa를 넘는 고강도 강철(예: 스프링강이나 고장력 볼트)은 사용 중에 갑자기 파괴하는 「수소 취성(지연 파괴)」을 일으킬 수 있습니다.

따라서 정밀 부품에서는 도금 두께를 전제로 한 공차 설계를, 고강도재에는 수소 취성 대책의 지정이 설계상의 필수 사항이 됩니다.

후공정(용접·도장·접합)에 있어서의 주의

3가 크롬 처리품의 후공정에서는 용접은 권장하지 않으며 도장이나 접착은 가능하지만 적절한 전처리가 품질을 좌우합니다. 용접의 열에 의해 도금층과 크롬 피막이 소실되어 방청 효과가 완전히 없어질 뿐만 아니라 아연이 증발하여 유독가스를 발생시키기 때문입니다.

한편, 도장 밑바탕으로는 크롬 피막이 도료의 밀착성을 향상시키는 효과가 있는데, 피막 표면에 약제 찌꺼기와 오염이 부착되어 있으면 도막의 들뜸이 밀착 불량의 원인이 됩니다.

이와 같이 후공정의 계획에 있어서는 용접은 원칙적으로 도금 전에 실시하고, 도장·접착 전에는 청정한 표면을 확보하는 등 3가 크롬 피막의 특성을 이해한 후의 절차가 중요합니다.

3가 크롬의 용도·도입 판단의 포인트

3가 크롬 이제 폭넓은 산업 분야에서 표준적인 방청 처리로 채택되고 있습니다. 여기에서는 구체적인 활용 사례나 도입 판단의 포인트에 대해 살펴봅시다.

주요 활용 분야와 용도 예

3가 크롬은 RoHS 지령 등의 환경 규제에 대응해 비용과 성능의 균형이 좋기 때문에 다음 분야에서 표준적으로 사용되고 있습니다.

• 자동차 산업: 볼트, 너트, 브라켓, 연료계·브레이크계 부품 등
• 전기・전자기기: PC나 가전의 내부 섀시, 고정 브라켓, 힌지 부품
• 건축·토목 분야: 건축용 볼트, 배관 지지 브라켓, 건축 자재
• 산업기계・일반기계: 로봇이나 공작기계의 볼트류, 가구의 금속 부품

이처럼 3가 크롬은 환경 대응이라는 현대의 필수 요건을 충족시키면서 다양한 제품의 품질과 신뢰성을 지원하는 기반 기술이 되고 있습니다.

표면 처리 선정의 판단 기준

3가 크롬은 범용성이 뛰어난 한편, 모든 용도에서 최적이라고는 할 수 없습니다. 부품에 요구되는 요구 사항에 따라 다른 표면 처리와 비교 검토하는 것이 중요합니다. 아래의 판단 기준을 참고하여 최적의 처리를 선정해 주십시오.

정리

3가 크롬은 유해한 6가 크롬을 포함하지 않는 안전한 방청 표면 처리로서 현대 제조업에 필수적인 존재입니다. 「6가 크롬 프리」로서 RoHS 지령등의 환경 규제에 적합하면서도, 내식 성능은 종래의 6가 크롬에 필적하기 때문에, 자동차나 전기, 건축 등 폭넓은 분야에서 표준 채용되고 있습니다.

환경 적합성, 높은 방청 성능, 그리고 외관 조정(흰색, 검은색)이 가능한 점이 장점입니다. 한편 단점으로는 6가 크롬이 가지고 있던 자기수복성이 없다는 점과 피막이 물리적인 마모에 약한 점, 정밀 부품에서는 치수에 미치는 영향에 주의가 필요하다는 점을 들 수 있습니다.

설계자에게 있어서는 단순히 「도금을 지정하면 끝」이 아니라 그 후의 용접이나 도장 공정에 미치는 영향, 부품의 치수 정밀도나 고강도재의 수소 취성 리스크에도 주의를 기울이는 것이 요구됩니다. 이번 내용에서 설명한 포인트를 참고로 3가 크롬을 현명하게 활용해, 환경 친화적이고 신뢰성 높은 설계를 실현해 주세요.