Металловедение драгоценных металлов : золото и сплавы на основе золота

Москва  2018

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ИНСТИТУТ ЭКОТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА 
 
Кафедра металловедения цветных металлов

О.И. Мамзурина
А.В. Поздняков

МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ  
ДРАГОЦЕННЫХ МЕТАЛЛОВ

ЗОЛОТО И СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ ЗОЛОТА

Учебное пособие

Допущено Федеральным Учебно-методическим объединением 
по укрупненной группе специальностей и направлений  
22.00.00 «Технологии материалов» в качестве учебного пособия  
при подготовке бакалавров, обучающихся по направлению 
22.03.02 «Металлургия».

№ 3318

УДК 669.017:548.59 
 
М22

Р е ц е н з е н т ы 
канд. техн. наук Г.Г. Климентенок (ЗАО «НПО СМ»);
канд. техн. наук, доц. С.С. Киров

Мамзурина О.И.
М22  
Металловедение драгоценных металлов: Золото и сплавы на 
основе золота: учебное пособие / О.И. Мамзурина, А.В. Поздняков. – М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2018. – 76 с.
ISBN 978-5-609653-65-0

Учебное пособие содержит общие сведения о свойствах и применении 
драгоценных металлов, золоте и сплавах на основе золота, основных системах 
легирования золотых сплавов, областях применения золота и золотых сплавов. 
Предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению подготовки 
22.03.02 «Металлургия» и магистров, обучающихся по направлению подготовки 22.04.02. «Металлургия».
УДК 669.017:546.59

 О.И. Мамзурина, 
А.В. Поздняков, 2018
ISBN 978-5-609653-65-0
 НИТУ «МИСиС», 2018

Понятия и определения 
(в соответствии с Федеральным законом «О драгоценных  
металлах и драгоценных камнях» и ГОСТом 52793–2007)

Драгоценные металлы – золото, серебро, платина и металлы платиновой группы (палладий, иридий, родий, рутений и осмий). Драгоценные 
металлы могут находиться в любом состоянии, в виде, в том числе в самородном и в аффинированном виде, а также в сырье, сплавах, полуфабрикатах, промышленных продуктах, химических соединениях, ювелирных и 
иных изделиях, монетах, ломе и отходах производства и потребления.
Производство драгоценных металлов – извлечение драгоценных 
металлов из добытых комплексных руд, концентратов и других полупродуктов, а также из лома и отходов, содержащих драгоценные металлы; 
аффинаж драгоценных металлов.
Аффинаж драгоценных металлов – процесс очистки извлеченных 
драгоценных металлов от примесей и сопутствующих компонентов, доведение драгоценных металлов до качества, соответствующего государственным стандартам и техническим условиям, действующим на территории Российской Федерации, или международным стандартам на 
аффинированные драгоценные металлы.
Аффинированный драгоценный металл – драгоценный металл 
в слитке, гранулах, порошке, полученный в результате аффинажа.
Прокат драгоценного металла – полоса, фольга, лента или лист из 
драгоценного металла или его сплава заданного состава, изготовленные 
путем холодной или горячей прокатки слитка, прутка или проволоки драгоценного металла или сплава.
Плакированный драгоценным металлом металл – металл, на поверхность которого термическим, механическим или химическим способом нанесено покрытие из драгоценного металла.
Проба драгоценного металла – массовая доля драгоценного металла 
в ювелирном изделии и изделии бытового назначения из драгоценного металла, выраженная количеством массовых единиц основного драгоценного 
металла в одной тысяче массовых единиц сплава. Для сплава драгоценного металла технического назначения указывают не пробу, а массовую долю 
основного драгоценного металла в процентах.
Клеймение драгоценного металла – нанесение на изделие, изготовленное из драгоценных металлов или их сплавов, государственного пробирного клейма уполномоченной организацией. Порядок опробирования 
и клеймения драгоценного металла определяется Правительством Российской Федерации.
Таможенному оформлению на Специализированном таможенном посту подлежат сплавы драгоценного металла – сплав, в котором массовая 
доля драгоценного металла составляет не менее 2 %.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 
5
1 Драгоценные металлы. Общие сведения 
6
1.1 Физические свойства драгоценных металлов 
6
1.2 Коррозионная стойкость драгоценных металлов 
9
1.3 Механические свойства драгоценных металлов 
10
1.4 Рынок драгоценных металлов 
13
2 Золото и сплавы на основе золота 
19
2.1 Чистое золото 
21
2.1.1 Слитки золота мерные 
25
2.1.2 Продукция из чистого золота 
26
2.2 Влияние легирующих элементов на свойства двойных сплавов 
на основе золота 
27
2.2.1 Система золото‒серебро 
30
2.2.2 Система золото‒медь 
32
2.2.3 Система золото‒платина 
35
2.2.4 Система золото‒палладий 
37
2.2.5 Система золото‒никель 
38
2.2.6 Система золото‒кремний, золото‒германий 
41
2.2.7 Система золото‒олово 
42
2.2.8 Система золото–галлий 
43
2.2.9 Система золото‒индий 
44
2.3 Многокомпонентные сплавы на основе золота 
45
2.3.1 Система золото‒серебро‒медь 
45
2.3.2 Система золото‒серебро‒палладий 
49
2.3.3 Система золото‒медь‒никель 
51
2.3.4. Система золото‒германий‒олово 
51
2.3.5 Система золото‒медь‒палладий 
51
2.4 Плавка золотых сплавов 
53
2.5 Золотые покрытия 
54
3 Применение сплавов на основе золота 
56
3.1 Ювелирные сплавы на основе золота 
56
3.1.1 Пробность золотых сплавов 
56
3.1.2 Цветовые характеристики золотых сплавов 
59
3.2 Стоматологические сплавы золота 
61
3.3 Контактные сплавы на основе золота 
64
3.4 Материалы для потенциометров 
66
3.5 Золотые припои 
69
3.6 Монетные сплавы золота 
72
Библиографический список 
74

Введение

Необходимость решения ряда важнейших проблем науки и техники и выявления наиболее перспективных направлений ставит перед 
металловедами сложные задачи, одна из которых ‒ эффективное и 
экономное использование драгоценных металлов. Эти металлы – золото, серебро, рутений, осмий, родий, иридий, палладий и платина 
обладают комплексом уникальных физико-химических свойств. Они 
нашли широкое применение в качестве ускорителей химических 
процессов, коррозионностойких и жаропрочных конструкционных 
материалов, датчиков электрических сигналов, высокоэффективных отражателей и т.д. Драгоценные металлы являются важнейшим 
видом военно-стратегического и промышленного сырья, без которого невозможно функционирование предприятий ВПК, электроники, 
а также гражданского самолетостроения, ювелирной, автомобильной, 
химической промышленности и многих других отраслей народного 
хозяйства. Несмотря на тот факт что индустриальные державы активно финансируют программы поиска технологий, направленных на 
минимизацию использования драгоценных металлов, уменьшения их 
промышленного потребления не наблюдается. Стратегическая роль 
драгоценных металлов в мировой экономике определяется стабильностью спроса на эти ценности. Потребление экономикой страны 
драгоценных металлов является индикатором развития высоких технологий.
Цена на эти металлы определяется редкостью, себестоимостью 
их получения и колебаниями цен на рынке. Драгоценные металлы 
торгуются по всему миру практически круглосуточно – так же, как 
и валюты. Особенностью рынка драгоценных металлов (в первую 
очередь золота, платины и серебра) является то, что эти металлы используются фактически всеми государствами в качестве страхового и 
резервного фонда. Кроме того, часть этих металлов имеется у населения (ювелирные украшения, монеты и т.д.). Основная доля в предложении драгоценных металлов на рынке приходится на первичное 
золото, серебро, платину.

1 Драгоценные металлы. Общие сведения

Драгоценные металлы мало распространены в природе, обладают сравнительно высокой стоимостью, однако они наряду со сплавами находят широкое применение в современной технике и быту, что 
объясняется разнообразием их физико-химических и механических 
свойств. Основное практически важное свойство драгоценных металлов – высокая химическая стойкость. Они совершенно не склонны 
к коррозии в обычной атмосфере, воде и многих других средах. 

1.1 Физические свойства драгоценных металлов

Распространенность в земной коре и основные физические свойства 
драгоценных металлов приведены в таблицах 1.1 и 1.2. В настоящее 
время температуры плавления, теплоемкость определены для металлов 
(Au, Ag, Pt), содержащих менее 0,01 % примесей, для остальных металлов содержание примесей может быть на порядок больше. 

Таблица 1.1 – Распространенность в земной коре драгоценных 
металлов и Al, Fe, Cu 

Металл
Атомный 
номер
Распространенность 
в земной коре, %
Цвет

Серебро – Ag
47
1·10–5
Блестящий белый
Золото – Au
79
5·10–7
Ярко-желтый
Рутений – Ru
44
5·10–7
Серебристо-белый

Родий – Rh
45
1·10–7
Блестящий с бледно-голубым 
оттенком
Палладий – Pd
46
1·10–6
Серебристо-белый

Осмий – Os
76
5·10–6
Белый с серо-голубым  
оттенком
Иридий – Ir
77
1·10–7
Светло-белый
Платина – Pt
78
5·10–7
Блестящий серебристо-белый
Алюминий – Al
13
7,45–8,14
Белый
Железо – Fe
26
4,65
Серебристо-белый
Медь – Cu
29
5·10−3
Розовый

По температуре плавления драгоценные металлы разделяют на 
легкоплавкие (серебро, золото и палладий) и тугоплавкие. По плотности они относятся к тяжелым металлам. 
Зависимость свойств чистых драгоценных металлов существенно 
зависит от содержания примесей, поэтому справочные данные по значениям иногда различаются.

Таблица 1.2 – Физические свойства драгоценных металлов

Металл

Тип  
кристаллической 
решетки

Тпл, °С
Плотность, 
г/см3

Удельное 
электросопротивление 
при 20 ºС, 
Ом·м·106 [18]

Параметры 
решетки, 
нм [18]

Удельная  
теплоемкость 
при 20 ºС, 
Дж/(кг·К)

Ag
ГЦК
960
10,49
0,016
a = 0,4036
252
Au
ГЦК
1063
19,32
0,024
a = 0,4079
131

Ru
ГПУ
2450
12,45
0,074
a = b = 
= 0,2705
c = 0,4283
239

Rh

α-Rh – простая кубическая;
β-Rh – ГЦК 
(выше 
1030 ºС)

1960
12,41
0,049
a = 0,3804
254

Pd
ГЦК
1554
12,01
0,108
a = 0,3889
246

Os
ГПУ
2550
22,60
0,054
a = b = 
= 0,2734
c = 0,4319
130

Ir
ГЦК
2454
22,57
0,097
a = 0,3839
130
Pt
ГЦК
1774
21,45
0,108
a = 0,3922
133

Обобщенные данные по теплопроводности приведены на рисунке 1.1. Максимальной теплопроводностью обладает серебро.

Pd

Ru

Ru

Rh
Ir

Os

0

100

200

300

400

200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800

λ, Вт/(м.К)

T, К

Ag

Au

Рисунок 1.1 – Коэффициент теплопроводности  
драгоценных металлов

Практически важным физическим свойством многих драгоценных 
металлов является низкое удельное электросопротивление. Данные 
по температурным зависимостям удельного электросопротивления 
представлены на рисунке 1.2. 

Ag

Au

Pd

Pd

Pt

Ru

Rh

Rh

Ir

Os

0

10

20

30

40

50

60

0
500
1000
1500

ρ .10–8, Ом .м

Т, К

Рисунок 1.2 – Температурные зависимости  
электросопротивления драгоценных металлов

Для многих конструкционных материалов важным свойством является коэффициент термического расширения (КТР). В таблице 1.3 
представлены данные по КТР с погрешностью примерно 5‒10 %.

Таблица 1.3 – Линейный КТР некоторых драгоценных металлов 

Т, К
α·106, К–1

Ag
Au
Rh
Ir
Pd
Pt
150
16,7
12,6
6,7
5,6
10,8
8,0
200
17,8
13,3
7,6
6,1
11,6
8,5
280
18,7
13,9
8,4
6,4
11,8
8,9
300
18,9
14,0
8,5
6,5
12,5
9,0
400
19,5
14,5
8,9
6,6
13,9
9,2
600
21,0
15,5
9,8
6,9
15,3
9,7
800
23,1
16,5
10,8
7,5
16,7
10,2
1000
25,6
17,7
11,9
8,2
‒
10,8
1200
28,1
19,1
‒
8,6
‒
11,4
1400
‒
‒
‒
9,1
‒
12,3
2000
‒
‒
‒
11,2
‒
15,1

Для драгоценных металлов кроме цвета интерес представляет отражательная способность R (которая связана с показателями преломления и поглощения). Из рисунка 1.3 видно, что серебро имеет самое 
высокое значение R в широком диапазоне длин волн. У золота значение показателя поглощения максимально для длинных волн (более 
80,5 % для λ = 12,0 мкм), что используется в оптике космических аппаратов для экранирования ИК-излучений.

Рисунок 1.3 – Отражательная способность драгоценных 
металлов при комнатной температуре

1.2 Коррозионная стойкость драгоценных металлов

Высокая коррозионная стойкость драгоценных металлов позволяет применять их в самых жестких условиях работы. Металлы отличаются высокой стойкостью против кислот, щелочей, солей и газов. 
Если расположить эти металлы в порядке понижения относительной 
коррозионной стойкости в кислотах, щелочах и окислителях, то получим следующий ряд: иридий, рутений, родий, осмий, золото, платина, палладий и серебро. При нагревании на воздухе платина, золото и 
серебро практически не окисляются. Сравнительно легко окисляются 
осмий, рутений и иридий. Эти металлы образуют стойкие оксиды, об

ладающие высокой упругостью паров, поэтому при высоких температурах наблюдается их испарение, что следует учитывать при работе 
с ними. Палладий устойчив на воздухе даже при повышенных температурах. Он не корродирует и не тускнеет в атмосфере сероводорода, 
но растворяется в азотной кислоте. Следует отметить, что химическая 
активность металлов зависит от дисперсности, так, в мелкодисперсном состоянии родий растворяется в горячей серной кислоте и царской водке (смесь концентрированных азотной HNO3 и соляной HCl 
кислот, взятых в соотношении 1:3 по объему).
В таблице 1.4 приведены данные по коррозионной стойкости драгоценных металлов.

Таблица 1.4 – Качественная оценка коррозии драгоценных металлов

Коррозионная среда
T, ºС
Металлы
Ag
Au
Ru
Rh
Pd
Os
Ir
Pt
Серная кислота концентрированная
 
В
А
А
А
А
А
А
А
Серная кислота концентрированная
100
Г
А
А
А
Б
А
А
А
Азотная кислота 70 %
18
Г
А
А
А
Г
В
А
А
Азотная кислота 70 %
100
Г
А
А
А
Г
Г
А
А
Соляная кислота 36 %
100
Г
А
А
А
Б
В
А
Б
Царская водка
18
В
Г
А
А
Г
Г
А
Г
Плавиковая кислота 40 %
18
В
А
А
А
А
А
А
А
Бромистоводородная кислота (d = 1,7)
18
–
А
А
Б
Г
А
А
Б
Органические кислоты
18
А
А
А
А
А
А
А
А
Фтор
18
–
А
–
–
–
–
–
В
Хлор влажный
18
–
Г
А
А
Г
В
А
Б
Иод
18
–
Б
А
Б
Б
Б
А
А
Бром жидкий сухой
18
–
Г
А
А
Г
Г
А
В
Раствор KCN
18
–
Г
–
–
В
–
–
А
Сера
100
А
А
А
А
А
А
А
А
Ртуть
18
–
Г
–
–
–
–
–
–
Условные обозначения: 
А – коррозия отсутствует (весьма устойчив); Б – слабо подвержен коррозии;
В – подвержен коррозии (мало устойчив); Г – быстро корродирует (не устойчив).

1.3 Механические свойства драгоценных металлов

Упругие свойства драгоценных металлов при комнатной температуре приведены в таблице 1.5. Упругие константы монокристаллов металлов обнаруживают заметную анизотропию. Серебро, палладий, платина и золото обладают самыми низкими упругими характеристиками, 

сравнительно низкой твердостью и прочностью (таблица 1.6). Иридий 
и родий малопластичны и значительно тверже, рутений и осмий обладают высокой твердостью, упругостью и низкой пластичностью.

Таблица 1.5 – Упругие свойства драгоценных металлов при комнатной 
температуре

Металл
Е, ГПа
G, ГПа
μ
Ru
485
172
0,31
Rh
386,4
153
0,36
Pd
123,6
51
0,52
Ag
80,0
27
0,367
Os
570
220
0,28
Ir
538,3
214
0,28
Pt
173,2
67
0,36
Au
81,0
28
0,42

Таблица 1.6 – Механические свойства драгоценных металлов 
технической чистоты в отожженном состоянии

Металл
HV
σв, МПа
σ0,2, МПа
δ, %
ψ, %
Ru
200–300
500–600
350–400
3–10
2–3
Rh
100–130
400–560
70–100
8–15
20–25
Pd
38–46
180–200
50–70
25–35
80–95
Ag
24–25
140–160
20–25
40–50
80–95
Os
300–400
–
–
0
0
Ir
170–220
400–500
90–120
6–10
10–15
Pt
39–42
120–160
60–80
40–50
95–100
Au
22–25
120–130
10–25
45–50
90–95

Влияние температуры на твердость драгоценных металлов часто 
оказывается неоднозначным (рисунок 1.4). При нагреве в металлах 
могут происходить различные процессы (окисление, растворение или 
выделение примесей на границах зерен и т.д.). Прочностные свойства 
сильно зависят от чистоты металла.
Температура хрупко-вязкого перехода является важной характеристикой металла: для рутения она составляет 1000 ºС; у родия ‒ ниже 
минус 196 ºС; у иридия – около 600 ºС (при испытании на растяжение); у платины – минус 196 ºС.
После холодной пластической деформации прочность драгоценных металлов увеличивается. Характерные кривые изменения механических свойств в зависимости от степени холодной деформации 
представлены на рисунке 1.5 (на примере серебра). 
Температура начала рекристаллизации большинства технически 
чистых металлов составляет (0,4‒0,7) от температуры плавления.