[건축] 플랜트 엔지니어가 알아야 할 철강재 도금의 종류와 선정 기준

용융아연도금(HDG) · 전기아연도금(EG) · Zn-Flake(GEOMET)의 차이

건축과 플랜트에서는 철골, 난간, 사다리, 그레이팅, 케이블 트레이, 브라켓, 배관 지지대, 각종 프레임과 체결재 등 수많은 철강 부재가 사용된다.

철강은 구조적으로 우수하지만 수분, 산소, 염분 및 화학물질에 노출되면 부식이 발생한다. 따라서 사용환경과 요구수명에 따라 철강재 표면에 다양한 방식의 부식방지 표면처리가 적용된다.

그중 가장 일반적인 방법이 아연계 표면처리이다.

현장에서 흔히 접하는 용어만 해도 다음과 같다.

• Hot-Dip Galvanizing
• Electro Galvanizing
• Zinc Plating
• Zinc Flake
• DACROMET
• GEOMET

문제는 이 용어들이 서로 같은 개념처럼 사용되는 경우가 많다는 것이다.

그러나 실제로는 코팅을 형성하는 원리와 구조, 적용환경, 코팅두께, 치수 영향 및 환경규제 대응성이 서로 다르다.

따라서 도금방식을 이해할 때는 제품명을 외우는 것보다 "어떤 원리로 보호층을 형성하고, 어떤 환경에서 사용하는가"를 이해하는 것이 중요하다.

 

 

 

1. 아연도금의 기본 원리

아연도금의 목적은 단순히 철강재 표면을 덮는 것에 있지 않다.

아연은 철보다 산화되기 쉬운 금속이기 때문에 철강재 표면에 아연층을 형성하면 두 가지 방식으로 부식을 억제할 수 있다.

① Barrier Protection

아연층이 철강재와 수분·산소의 직접적인 접촉을 차단한다.

② Sacrificial Protection

코팅이 일부 손상되어 철강재가 노출되더라도 아연이 철보다 먼저 부식되면서 철강재를 보호한다.

따라서 아연계 코팅은 단순한 물리적 방청막이 아니라 희생양극 작용을 이용하는 전기화학적 보호 시스템이라는 점이 중요하다.

 

 

 

2. 용융아연도금(HDG)

2.1 원리

용융아연도금은 Hot-Dip Galvanizing, HDG라고 한다.

철강재를 탈지, 산세, 플럭스 등의 전처리 후 용융된 아연에 침지하여 표면에 아연계 보호층을 형성한다.

기본적인 공정은 다음과 같다.

탈지 → 산세 → 플럭스 → 용융아연 침지 → 인출 → 냉각 → 검사

이 과정에서 철과 아연 사이에 Fe-Zn 계 합금층이 형성되고 그 외부에 아연층이 형성된다.

따라서 단순히 철 표면에 아연을 칠하는 것과는 다르다.

 

 

2.2 건축 및 플랜트에서의 적용

HDG는 다음과 같은 부재에서 흔히 사용된다.

• 외부 철골
• 난간
• 사다리
• 그레이팅
• 케이블 트레이
• 배관 지지대
• 브라켓
• 외부 프레임
• 펜스
• 각종 철제 부속재

특히 외부에 노출되고 유지관리가 어려운 철강재에 적합하다.

 

 

2.3 HDG의 특징

장점

• 비교적 두꺼운 아연계 보호층
• 우수한 부식방지 성능
• 희생양극 효과
• 외부 노출 철강재에 적합
• 장기간 유지관리 측면에서 유리

설계 시 주의사항

HDG는 코팅 자체만 검토해서는 안 된다.

도금 두께가 상대적으로 크기 때문에 나사산, 조립부 등의 치수 영향을 고려해야 한다.

또한 중공형 부재는 용융아연이 내부로 원활하게 유입·배출되고 공기가 빠져나갈 수 있도록 vent hole 및 drain hole을 적절히 계획해야 한다.

 

즉,

HDG는 제작이 끝난 철골에 나중에 적용하는 표면처리 공정이 아니라, 경우에 따라 부재 형상 설계 단계에서부터 고려해야 하는 제조조건이다.

 

3. 전기아연도금(EG)

3.1 원리

전기아연도금은 Electro Zinc Plating 또는 Electro Galvanizing이라고 한다.

HDG처럼 용융된 아연에 철강재를 담그는 것이 아니라 전기화학적 반응을 이용하여 아연 이온을 철강재 표면에 석출시키는 방식이다.

즉,

HDG = 용융아연에 침지

EG = 전기화학적 석출

이라는 차이가 핵심이다.

 

 

3.2 특징

전기아연도금은 비교적 얇고 균일한 코팅을 형성할 수 있다.

따라서 치수 정밀도가 중요한 소형 철강부품이나 기계부품에 적합하다.

대표적으로

• 소형 브라켓
• 기계부품
• 일반 체결재
• 전기·설비 부속품
• 정밀 조립부품

등에서 사용된다.

 

 

3.3 수소취성 문제

전기아연도금에서 엔지니어가 반드시 알아야 할 사항은 수소취성이다.

전해 과정에서 발생한 수소가 고강도 강재 내부로 유입될 가능성이 있기 때문이다.

따라서 고강도 강재에서는

• 강도등급
• 도금공정
• 수소 제거 처리
• 관련 규격
• 제조사의 품질관리 기준

등을 함께 검토해야 한다.

 

따라서

전기아연도금이 나쁜 도금이라는 의미가 아니라, 고강도 강재에 적용할 경우 수소취성을 별도로 관리해야 한다는 의미이다.

 

 

4. DACROMET에서 GEOMET으로

여기에서 과거와 현재의 변화를 함께 이해할 필요가 있다.

과거 산업계에서는 **DACROMET®**이라는 Zn-Flake 계열의 코팅이 고강도 체결재와 산업부품 등에 널리 사용되었다.

DACROMET은 아연 플레이크 기반의 비전해 방식으로, 얇은 코팅에서도 높은 부식방지 성능을 확보할 수 있었고 전해도금과 달리 수소취성 문제를 줄일 수 있다는 장점이 있었다.

그러나 시간이 지나면서 환경·보건·안전 규제가 강화되면서 크롬계 물질, 특히 6가크롬에 대한 규제가 중요한 이슈가 되었다.

이에 따라 기존 DACROMET 기술을 환경규제에 대응하도록 발전시킨 **GEOMET®**이 등장했고, NOF는 이를 DACROMET의 개선품이자 차세대 제품으로 설명하고 있다. 또한 회사 연혁에서는 유럽 ELV 규제의 6가크롬 사용 제한에 대응하여 DACROMET에서 GEOMET으로 세대교체가 이루어졌다고 설명한다.

따라서 이를 단순하게

"DACROMET은 중금속이라 없어졌다."

라고 표현하는 것보다는,

"환경·보건 규제 강화와 크롬계 물질 규제에 대응하여 기존 DACROMET 계열 기술이 크롬 프리 GEOMET 계열로 발전하였다."

라고 이해하는 것이 정확하다.

현재 GEOMET 321, 720 등은 수계형 Zn-Flake 기술이며, 제조사 자료에서는 크롬 및 노닐페놀을 함유하지 않는 제품으로 설명하고 있다.

 

 

 

5. Zn-Flake / GEOMET

GEOMET은 일반적인 도금방식의 명칭이 아니라 Zn-Flake 코팅의 대표적인 상용 브랜드이다.

Zn-Flake 방식은 아연과 알루미늄 플레이크를 바인더에 분산시켜 철강재 표면에 도포한 후 경화한다.

단면을 보면 일반적인 아연도금과 구조적으로 차이가 있다.

Steel

↓

Zn-Al Flake

↓

Zn-Al Flake

↓

Zn-Al Flake

↓

Topcoat

여러 개의 얇은 플레이크가 겹쳐지면서 부식환경이 철강재까지 도달하는 경로를 길게 만드는 구조이다.

현재 GEOMET 321은 6~15 μm 수준의 낮은 피막두께를 제시하고 있으며, 제품에 따라 Topcoat를 적용할 수 있다.

 

 

GEOMET의 특징

① 얇은 코팅

코팅 두께가 상대적으로 얇아 정밀 부품과 조립부의 치수 관리에 유리하다.

② 비전해 방식

전기아연도금과 달리 전기분해를 이용하지 않는다.

따라서 제조사 자료에서는 수소취성이 없다는 특성을 제시한다.

③ 높은 내식성

아연과 알루미늄 플레이크에 의해 높은 부식방지 성능을 확보한다.

④ 마찰계수 관리

GEOMETPLUS와 같은 Topcoat를 추가하여 체결부의 마찰계수를 관리할 수 있다. 예를 들어 GEOMETPLUS는 ISO 16047 기준 0.14~0.20의 마찰계수 범위를 제시한다.

 

 

6. 도금방식 비교

여기까지 각 방식의 원리를 이해했다면 이제 세 가지를 하나의 표로 비교할 수 있다.

 

항목	HDG	EG	Zn-Flake / GEOMET
기본 원리	용융아연 침지	전기화학적 석출	Zn-Al Flake 도포·경화
대표 명칭	Hot-Dip Galvanizing	Electro Zinc Plating	GEOMET 등
전해 방식	X	O	X
코팅 구조	Zn-Fe + Zn	Zn	Zn-Al Flake + Topcoat
코팅 두께	상대적으로 두꺼움	얇음	얇음
치수 영향	상대적으로 큼	작음	작음
외관	회색~은회색	밝은 은백색	은회색
내식성	우수	일반 환경에 적합	우수
고강도 강재	공정 검토	수소취성 주의	비전해 방식의 장점
마찰계수	별도 검토	별도 검토	Topcoat로 관리 가능
중공부재	Vent/Drain 검토 중요	상대적으로 유리	형상에 따라 공정 선택
대표 적용	외부 철강재	소형·정밀 부품	산업용·고성능 부품
핵심 키워드	침지	전기석출	플레이크

 

 

 

7. 그렇다면 어떤 도금을 선택해야 하는가?

여기서부터가 실제 엔지니어링 검토의 핵심이다.

도금방식은 "HDG가 가장 좋다" 또는 "GEOMET이 가장 좋다"라는 식으로 결정할 수 없다.

도금 사양은 다음의 순서로 결정하는 것이 합리적이다.

Environment

사용환경

↓

Durability

요구 내구수명

↓

Material

모재와 강도

↓

Geometry

부재 형상과 치수

↓

Assembly

조립 및 체결조건

↓

Specification

프로젝트 및 발주처 사양

↓

Coating Selection

최종 표면처리 선정

 

 

8. 첫 번째 기준 : 사용환경

가장 먼저 확인해야 할 것은 부식환경이다.

환경	검토 방향
건조한 실내	EG 등 얇은 코팅 검토
일반 실내	EG 등
일반 옥외	HDG 등
습한 옥외	HDG / 고내식 Zn-Flake 등
해안·염해 환경	높은 내식성의 시스템 검토
화학 플랜트	화학적 환경에 대한 별도 검토
고온 환경	온도에 따른 코팅 성능 확인

즉, 같은 철강재라도 설치 장소가 달라지면 적절한 표면처리도 달라질 수 있다.

 

 

 

9. 두 번째 기준 : 요구수명

표면처리의 목적은 단순히 "녹이 안 슬게 하는 것"이 아니다.

설계수명 동안 요구되는 부식방지 성능을 확보하는 것이 목적이다.

따라서

환경 → 요구수명 → 필요한 방청성능

순으로 접근해야 한다.

 

 

 

10. 세 번째 기준 : 부재의 형상

이 부분은 건축 엔지니어가 특히 주의해야 한다.

HDG

중공부재의 Vent/Drain

↓

도금조 크기

↓

인양 및 운반

↓

조립 치수

까지 고려할 필요가 있다.

반면 EG나 Zn-Flake은 상대적으로 얇은 코팅이 가능하기 때문에 정밀한 부품에서 유리할 수 있다.

 

즉,

도금방식은 부재의 재질뿐만 아니라 부재의 형상에도 영향을 받는다.

 

 

 

11. 네 번째 기준 : 조립 및 체결

체결재나 조립부에서는 단순한 내식성 외에 치수와 마찰계수를 고려해야 한다.

특히 고장력 볼트와 같이 축력 관리가 중요한 체결부에서는 표면처리의 마찰 특성이 체결 결과에 영향을 줄 수 있다.

따라서

도금 → 마찰계수 → Torque → Bolt Tension

의 관계를 함께 검토해야 한다.

이 때문에 GEOMET 계열에서는 필요에 따라 Topcoat를 적용하여 마찰계수를 관리한다.

 

 

 

12. 다섯 번째 기준 : 환경규제와 재료 규정

최근에는 단순한 부식방지 성능만으로 표면처리 사양을 결정하지 않는다.

환경·보건·안전 규제 역시 중요한 선정 기준이 된다.

DACROMET에서 GEOMET으로 기술이 발전한 것도 이러한 흐름의 대표적인 사례이다.

현재 GEOMET 321 및 720 제품은 제조사 자료상 수계형, 크롬 프리 제품이며 REACH, RoHS 및 관련 Zn-Flake 표준 등을 준수하는 것으로 제시된다.

따라서 현대의 표면처리 선정은

성능 + 제작성 + 조립성 + 환경성

을 동시에 검토하는 방향으로 변화하고 있다.

 

 

13. 결국 세 가지 도금은 이렇게 구분하면 된다

HDG

외부 철강재의 장기적인 부식방지

→ 두꺼운 아연계 보호층

→ 건축·플랜트 구조물에 광범위하게 적용

 

EG

얇고 균일한 아연 코팅

→ 치수 정밀성이 중요한 부품

→ 고강도 강재에서는 수소취성 관리

 

Zn-Flake / GEOMET

얇은 코팅 + 높은 내식성 + 비전해 방식

→ 고성능 산업부품 및 체결재

→ 환경규제 대응형 표면처리 기술로 발전

 

 

 

15. 엔지니어가 기억해야 할 핵심

도금방식을 단순하게 암기하면 다음과 같다.

HDG = 담근다

EG = 전기로 입힌다

Zn-Flake = 플레이크를 쌓는다

 

그리고 조금 더 깊게 이해한다면,

HDG는 부재의 내식성과 제작성을 함께 검토해야 하고, EG는 얇은 코팅과 수소취성을 검토해야 하며, Zn-Flake은 얇은 피막과 높은 내식성, 비전해 방식 및 환경규제 대응성을 검토해야 한다.

 

결국 도금 사양 선정은 특정 제품을 선택하는 문제가 아니라,

사용환경 + 요구수명 + 모재 + 부재형상 + 치수 + 조립조건 + 환경규제 + 프로젝트 사양

을 종합하여 결정하는 엔지니어링 설계 과정이다.

 

 

 

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