Karbonitrasyon işlemi daha çok kolay işlenen ve maliyeti az olan düşük karbonlu çeliklere nitrasyon sıcaklığından yüksek sementasyondan ise düşük bir sıcaklıkta uygulanan bir yüzey sertleştirme işlemidir. İşlem sırasında malzeme yüzeyine azot ve karbon atomları aynı anda gönderilir. Düşük alaşımlı çeliklerin yüzey sertliğini arttırarak aşınma direncine katkıda bulunur.
Bağlantı elemanları başta olmak üzere otomotiv sanayinde de kullanımı yaygındır.