Novel Mg–Zn alloy composites reinforced with waste quail bone-derived hydroxyapatite: microstructure, mechanical and wear performance via powder metallurgy

Magnesium-based biodegradable materials are increasingly explored for orthopedic implants due to their favourable mechanical compatibility and bioresorbability. However, rapid degradation and poor wear resistance limit their practical application, while studies addressing their bio-tribological behaviour under physiological conditions remain limited. In this work, Mg–3Zn alloy reinforced with waste quail bone-derived hydroxyapatite (1–3 wt.%) was fabricated via powder metallurgy, and its microstructure, densification, mechanical, and wear behaviour were systematically evaluated. The Mg–3Zn/2HA composite achieved the highest relative density of 98.18%, an increase in microhardness of 72.4% to 78.34 HV, and a compressive strength of 153.47 MPa, which falls within the reported range of cortical bone. Under simulated body fluid conditions, the composite exhibited 71% reduction in wear rate at 20 N and 0.5 m/s. Worn surface analysis revealed a transition from severe abrasive wear to mild oxidative–tribochemical wear, governed by the formation of a stable Mg(OH)₂ and Ca–P-rich tribo-layer. These findings demonstrate that sustainably derived HA-reinforced Mg–Zn composites are promising candidates for biodegradable load-bearing implant applications.On explore de plus en plus les matériaux biodégradables à base de magnésium pour les implants orthopédiques en raison de leur compatibilité mécanique et de leur biorésorbabilité favorables. Cependant, leur dégradation rapide et leur faible résistance à l’usure limitent leur application pratique, tandis que les études portant sur leur comportement bio-tribologique en conditions physiologiques restent limitées. Dans ce travail, on a fabriqué par métallurgie des poudres un alliage Mg-3Zn renforcé par de l’hydroxyapatite (1 à 3% en poids) dérivée de déchets osseux de caille, et l’on a systématiquement évalué sa microstructure, sa densification, ses propriétés mécaniques et son comportement à l’usure. Le composite Mg-3Zn/2HA a atteint la densité relative la plus élevée (98.18%), une augmentation de la microdureté de 72.4% (78.34 HV) et une résistance à la compression de 153.47 MPa, valeurs comparables à celles rapportées pour l’os cortical. Dans des conditions de liquide biologique simulé, le composite présentait une réduction de 71% du taux d’usure à 20 N et 0.5 m/s. L’analyse de la surface usée a révélé une transition d’une usure abrasive sévère à une usure oxydative-tribochimique légère, contrôlée par la formation d’une couche tribologique stable riche en Mg(OH)2 et en Ca-P. Ces résultats démontrent que les composites Mg-Zn renforcés par de l’HA d’origine durable sont des candidats prometteurs pour les applications d’implants biodégradables porteurs de charges.