金刚石刀具切削碳钢材料时磨损严重，研究人员试图用改善工件材料的方法来解决刀具磨损。表面改性用于超精密切削始于对镍磷合金的加工。各国研究人员也相继开展了碳钢材料表面改性超精密切削的研究，并已应用于碳钢材料光学模具和结构件的超精密加工。

基于表面改性技术的碳钢超精密切削具有以下优点：①金刚石刀具寿命延长。表面改性使得碳钢表层铁原子被渗入元素抓住，从而阻止了其对金刚石石墨化的催化作用，金刚石刀具磨损得到抑制，从而延长了刀具寿命。②碳钢工件表面硬度、耐磨性和使用寿命提高。热化学处理形成的化合物层硬度大幅度提升，因此碳钢工件耐磨性和使用寿命也相应提高。③加工精度高。由于金刚石刀具磨损得到抑制即依然锋利，相比碳钢材料没有进行表面改性时的加工精度高，且被加工表面粗糙度值Ra达10纳米以下。

碳钢材料表面改性超精密切削也有一些缺点，例如：①渗层较浅（对于光学模具用不锈钢通常不大于15微米），这会导致经过精加工或几次补偿加工后渗层被切掉，留给超精密切削的仍然是碳钢材料基体。②热变形较大，化学热处理时温度通常较高，尤其当碳钢工件尺寸较大时产生的热变形较大，致使切削深度也会发生变动，进而造成不稳定的切削状态。③对于不锈钢材质，渗氮之后将会生成氮化铬，降低防锈能力。碳钢材料表面改性超精密切削可加工平面、球面、非球面以及自由曲面等各种面形的工件。