3가 크롬 도금의 현황

왜 3가 크롬도금인가?

수년전부터 자동차에 관련된 ELV대응 공정이 개발, 소개되어 6가 크로메이트의 3가 크로메이트로의 대체가 진행되고 있으며 이제는 거의 정착되는 느낌이다. 최근에는 일본 신일본제철이 크로메이트 처리된 가전 제품용 전기아연도금강판의 생산을 중지한다는 발표도 있었다. 또한 RoHS발효에 의하여 국내 업체들도 이에 대한 대응이 활발하다.

그러나 아직 일반인은 물론 도금제품의 원청에서도 이러한 기술 및 환경 변화에 익숙하지 않아 이야기를 하다보면 3가 크로메이트와 3가 크롬도금을 혼동하고 있는 경우를 어렵지 않게 발견한다. 또한 도금 종사자들도 실제 도금을 하면 같은 금속 크롬인데 왜 6가 크롬을 규제하느냐는 항변을 하곤 한다. 특히 후자의 경우 ELV나 RoHS와 관련이 없지 않느냐는 질문이 많다. 먼저 여기에 대해서 정확한 정보를 제공하는 것이 필요하다고 생각된다.

먼저 현재 ELV의 초기 단계에서는 아연 또는 아연합금도금 위에 처리되는 6가 크로메이트 프리를 목표로 하고 있지만, 일본의 토요타, 혼다, 미국의 GM, 클라이슬러를 중심으로 장식용 6가 크롬의 규제에 대한 연구 및 적용도 진행 중이다. 이 이유는 6가 크로메이트와 마찬가지로 용출되는 6가 크롬을 억제하기 위한 것으로 도금 공정에서 충분히 수세되지 못해 표면에 잔류한 도금액이 제품에 혼입되는 것을 방지하기 위해서이다.

또 ELV와 별도로 진행되는 규제 법안이 있다. 유해물질의 배출에 엄격한 구미에서는 이미 1986년 The Chromium Elimination Program(미국환경보호국)이 실시되어 크롬증기의 배출규제(스크러버로부터 배출되는 6가 크롬농도)가 시작되어 있다. 당초의 규제목표는 0.001mg/m3(스크러버 배기량 100m3/분의 경우)였지만, 1997년에는 경질크롬도금 및 크롬산에 의한 양극산화처리에서 0.03mg/m3 혹은 0.015mg/m3으로, 장식크롬도금에서는 0.010mg/m3이 규제치로 되었다. 이러한 규제 기준은 미스트 방지제, 스크러버의 사용 등 현재의 기술로서 대응 가능한 수치이다.

그러나 OHSA(미국노동부 직업 안전 건강국)은 직업환경의 관점으로부터 노동자의 폭로 한계 농도로서 현행보다 더 엄격한 0.005mg/m3으로 제한하는 법안이 제출되어 있으며 이 수치는 기존의 미스트 방지제나 스크러버로 대응하기 힘든 수치이다. 일본의 경우에는 1996년 5월 ‘대기오염방지법의 일부를 개정하는 법률’이 공포되어 우선적으로 규제되는 22개의 물질 리스트가 작성되었다. 이 중에는 6가 크롬도 포함되어 1) 지정물질의 배출억제대책, 2) 환경기준의 설정, 3) 모니터링 추진 등이 각 지방자치제에서 규정하고 있다.

따라서 현재의 추세에서 ELV의 강화와 더불어 청정생산, 환경법안의 강화에 의하여 6가 크롬도금의 규제가 진행되고 있는 것이다. 일본의 경우, 가까운 장래에 6가 크롬도금이 사용되지 못할 것이라고 전망하고 있으며 이런 전제 하에 오래 소니, 캐논, 샤프 등의 가전업체와 야마하 같은 오토바이 업체에서는 상당 부분에서 3가 크롬 적용이 진행되어 왔으며 가전업계는 내년 7월 3가 크롬도금의 전면적용을 목표로 하고 있다.

왜 보급이 늦어졌는가?

 역사적으로 살펴보면 아이러니 하게도 1854년 Bunsen에 의하여 3가 크롬도금이 개발되어 6가 크롬도금보다 2년이나 더 역사가 길다. 그 이후 Sargent와 같은 용이한 6가 크롬도금이 일반적인 방법이 되었지만 3가 크롬도금의 경우에도 미국에서는 30년 이상의 역사를 갖고 있으며 현재 전 세계적으로 약 150여 도금 공장에서 3가 크롬도금을 행하고 최근 급속하게 적용이 늘어나고 있다.

 국내의 경우 3가 크롬도금은 2004년부터 본격적으로 도입되었다고 보는 것이 타당하다. 사실 아토텍의 경우에도 제품을 보유하고 있었음에도 국내에 본격적으로 소개한 것은 2004년 9월 이후이다. 그 이유는 먼저 실제 고객, 자동차나 가전회사의 정책이 결정되지 않았던 것이 가장 크다. 확실한 수요가 정해지지 않은 상태에서 도금업체가 불확실한 투자를 하는 것은 누구나 바람직하지 않은 일이다. 따라서 당사에서는 파일럿 라인에서 샘플 제조하고 도금업체에서 이에 대한 색상이나 신뢰성을 직접 확인하게 하고 원청인 가전회사 등에 기술을 홍보하는 서비스를 상당 기간 진행해왔다.

 또 적용이 늦어진 이유 중의 하나는 3가 크롬도금 자체가 3가 크롬도금의 적용 자체를 어렵게 했다는 사실이다. 즉 기술적으로 완성되지 않은 프로세스가 고객에 소개되면서 제품의 물성이나 품질에 고객들의 신뢰를 얻지 못하여 3가 크롬도금 자체에 신뢰성을 주지 못했던 점도 한 요인이다. 그리고 해외나 다른 회사에서 행하고 있다는 사례의 부족, 즉 정보의 부족을 들 수 있다.

6가 크롬 도금의 대체 프로세스로의 문제점과 개선 상황

 6가 크롬 도금의 대체로서 3가 크롬도금을 비교할 때 지금까지 다음과 같은 문제점이 있다고 알려져 있다. 용액안정성, 색상, 내식성, 가격

 먼저 용액 안정성의 경우 6가 대비 용액 내 중금속, 예를 들어 니켈, 구리 등의 영향을 크게 받는 것이 사실이다. 따라서 선진국에서는 3가 크롬도금은 니켈 도금만큼 까다롭다는 이야기를 한다. 용액에 중금속이 축적이 될 경우 제품의 색상에 편차가 발생한다. 일본의 경우 아토텍 재팬에서 1999년 처음으로 플라스틱 도금업체에 3가 크롬도금을 도입하여 3개월 만에 실패한 사례가 있다. 원인은 용액 내에 불순물, 중금속의 축적으로 인하여 색상 조절이 어려웠기 때문이다. 이런 케이스는 국내에서도 과거에 종종 보고된 바 있다. 특히 도금 소재가 금속인 경우에 중금속 혼입은 더욱 가속된다. 일부에서는 약전해를 통하여 중금속을 제거하는 프로세스도 소개되고 있으나 작업 중에 라인을 세우고 약전해 처리를 하는 것은 생산성 저하 등의 문제로 현실적이 아니다. 따라서 이를 해결하기 위하여 특수 이온교환수지를 사용하여 용액의 안정성을 확보하는 기술이 개발되어 있다. 이 기술을 이용하여 일본의 경우 2001년 이후, 3년 이상 지속적으로 3가 크롬도금 작업을 하고 있는 회사가 15개사에 달한다.

 다음은 색상의 문제로 가능하면 원래 6가 크롬도금과 동일한 색상을 확보하기 위하여 노력하였다. 그 결과 현재는 거의 유사한 색상 확보, 그리고 이온 교환 수지를 이용한 색상의 안정화가 가능하다. 그러나 색상의 변화가 많다는 것은 실제로 어떤 특정 색의 유지가 가능하다면 도금을 통하여 여러 가지 외관을 구현하는 것이 가능하다는 것을 의미한다. 그래서초기 단계에서 3가 크롬도금의 문제로 생각되던 상대적으로 검은 색을 띄는 외관이 최근에는 고급스러운 느낌을 준다고 디자인 단계에서 선호되고 있다고 한다. 독일의 경우 BMW가 이런 색상에 매우 큰 관심을 갖고 샘플 작업 및 신뢰성 테스트를 진행 중이다.

 내식성 문제도 3가 크롬도금의 보급을 지체 시켰던 요인의 하나이다. 결론적으로 3가 크롬도금피막 자체의 내식성은 6가 대비 동등 또는 이하라고 할 수 있으며 보다 나은 내식성을 얻으려면 후처리를 하는 것이 바람직하다. 최근의 한 연구 결과를 보면 도금 후 제품을 baking하던지 아니면 1개월 정도 방치 후 테스트를 할 경우 내식성이 향상된다고 보고하고 있다. 따라서 6가 크롬도금 피막표면에서 얻어지는 부동태 정도의 내식성을 확보하는데 약간의 리드 타임이 필요한 것으로 생각된다. 후처리의 경우 수지처리나 전해 크로메이트 처리가 가능하며 상당한 내식성 효과를 얻을 수 있다. 그리고 최근에는 도금 후 수세 처리조에 부식 억제제를 첨가하여 용이하게 내식성을 향상시킬 수 있는 제품도 소개되고 있다. 실제 제품의 경우 일본의 야마하가 금년 7월부터 오토바이 머플러에 3가 크롬도금을 전면 적용하였으며 이는 내식성의 문제를 해결한 좋은 사례라고 생각된다.

3가 크롬도금 용액의 경우 6가 크롬도금보다 비싸다. 비싸다는 것은 크롬산과 황산으로 이루어진 간단한 용액 조성으로 이루어진 기존의 sargent와 비교했을 경우이다.  대체제로 경합하였던 Ni-W무전해, 주석-동합금도금, 건식도금과도 비교를 해봐야 한다. 3가 크롬도금의 경우 4가지 이상의 첨가제가 필요하고 기존의 처리제보다 복잡하므로 건욕 코스트가 상승한다. 종종 세미나에 참석하면 6가 크롬대비 건욕 비용이 몇 배 라는 발표를 들을 수 있다. 그러나 그런 단순 비교는 곤란하다. 왜냐하면 3가 크롬도금의 전류효율이 6가 대비 2배정도 높은 약 30%로 도금속도가 빠르므로 (0.2um/분) 작업 생산성이 높아지고 용액의 드래그 아웃 양이 적으며 당연한 이야기지만 환경 부담비용이 적게 든다. 그리고 일반 크롬도금 대비 불량이 적어 작업 수율이 좋다. 따라서 현재 구미에서는 환경 대응은 물론 생산성 향상을 위하여 3가 크롬도금을 채택하는 곳이 많다. 그리고 초기 설비 투자비도 3가 크롬도금 적용의 걸림돌이 되곤 하였으나 저렴한 흑연 양극을 채택하므로 이에 대한 부담이 적고 수지의 경우 재생하여 반영구적으로 쓸 수 있다는 장점이 있다. 따라서 빠른 도금속도와 작업이 용이한 적절한 프로세스를 선택하는 것에 의하여 비용 부담을 줄이고 생산성을 높일 수 있다.

3가 크롬 도금의 적용 현황 (해외)

 먼저 한국과 산업 구조가 비슷한 일본의 경우 3가 크롬도금 적용 제품이 다양하고 그 조업기술도 상당히 안정되어 있다. 특히 가전의 경우 전술과 같이 소니,캐노,샤프 등의 대형 가전업체에서의 적용이 활발하다. 적용 업체의 현황에 대해서는 금년 한국기계연구원에서 발표된 자료에 상세히 나와있다. 자동차의 경우는 전 월호에 보고하였듯 토요타나 혼다에서 적용을 검토 중이나 미국이나 독일 자동차 회사의 진행 방향을 보고 실제 적용 시기를 정하려는 움직임이다. 우선 자동차에 적용을 한다면 고급차의 내장형 부품부터 시작할 것으로 예상된다. 미국 및 독일의 경우에는 일부 자동차의 엠블럼에 적용이 시작되었으며 그 진전 속도가 빠를 것으로 예상된다. 그 외에 수전금구에 적용 사례도 보고되어 있다.

3가 크롬 도금의 적용 현황 (국내)

 국내의 경우 금년 초까지 별 다른 관심을 보이지 않았던 원청인 자동차 회사와 가전 회사의 관심과 일정 결정을 통하여 급속히 진행되고 있다. 자동차의 경우 현대자동차가 6월에 일본의 업체들과 독일 아토텍 본사를 방문하여 관련 동향을 조사하였다. 자동차의 경우 일본의 토요타와 마찬가지로 해외 자동차 회사의 움직임에 따라 적용 시기가 결정될 것으로 예상된다. 가전의 경우 도금업체에서 핸드폰 부품용으로 금년 초부터 많은 테스트와 준비를 해왔으며 자체적으로 시장에 소개된 여러 3가 도금 프로세스를 테스트를 통해 도금용액의 선정 및 장비 보수 등을 마친 상태이다. 당사 프로세스 적용을 기준으로 금년 초 5개 회사, 건욕량 기준으로 총   L수준이었으나 9월 현재 총 개 회사, 건욕량 기준으로 총 L가 되어 급속하게 팽창되고 있음을 알 수 있다. 이러한 행보는 8월 삼성전자가 일본의 적용 업체 실태 조사를 마치고 독일 아토텍 본사에서 그 적용 방안에 대하여 미팅을 가졌으며 디자인 및 색상 선정을 위하여 독일에 샘플 작업을 의뢰, 진행 중이므로 그 보급속도는 더욱 빨라질 것으로 예상한다. 한편 일본과 비교하여 다른 점은 핸드폰 강국과 답게 일본이 대부분 도금 하지가 ABS인데 비하여 한국의 경우는 플라스틱은 물론 마그네슘, 스텐레스, 니켈, 팔라듐 등으로 매우 다양하다.

맺음말

 6가 크롬도금의 대체로 검토되어 왔던 3가 크롬도금이 원청의 무관심, 잘못된 프로세스의 소개로 외국에 비하여 보급이 늦었었다. 그러나 최근 원청 업체의 적극적인 해외 실태 조사와 일정 결정을 통하여 국내에도 보급이 급속히 확산되고 있다. 초기에 가장 큰 걸림돌이었던 용액 안정성의 문제도 이온교환수지 적용을 통하여 해결되었으며 그 외 문제도 기술적으로 해결되어 가고 있다. 초기 단계에서 잘못된 프로세스 도입이나 기술 미숙으로 도금업체에 많은 시행착오와 금전적 부담이 있었던 것이 사실이다. 그러나 향후에는 파일럿 라인을 이용한 샘플 작업으로 도금업체의 시행착오와 부담을 줄이는 시스템이 정착되갈 것으로 전망하며, 최근에 활발히 논의되고 있는 원청-용액회사-도금업체의 연계를 통하여 서로간의 신뢰와 공동 기술 개발도 이루어 질 것이다. 마지막으로 3가 크롬도금은 기존의 6가 크롬 대체재이므로 6가 프로세스와 같다는 생각을 버려야 한다. 3가 크롬 도금은 다양한 색상의 구현이 가능하고 빠른 도금속도와 낮은 불량률로 생산성을 높일 수 있는 새로운 도금이라 생각하고 접근해야 한다.